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2023-09-13 11:30
工业防腐涂料的性能及应用研究
防腐涂料,一般分为常规防腐涂料和重防腐涂料,是油漆涂料中必不可少的一种涂料。常规防腐涂料是在一般条件下,对金属等起到防腐蚀的作用,保护有色金属使用的寿命;重防腐涂料是指相对常规防腐涂料而言,能在相对苛刻腐蚀环境里应用,并具有能达到比常规防腐涂料更长保护期的一类防腐涂料。
- 简介
- 图文
- 聊天

目前用量最大的是溶剂型重防腐涂料,虽然说不属于环保涂料,其实也不属于高污染的产品。
海洋防腐涂料涂装分析与建议
目前,海洋工程上使用的防腐涂料大部分为国外跨国公司品牌的产品,国内涂料产品很少使用。不论在涂料产品质量方面,还是其质量控制机制方面,国内涂料产品与国外产品都有很大差距。究其原因主要是我国海洋防腐涂料发展时间短,不掌握核心技术,缺乏研究资金,研究人员的水平不高等因素所致,这些不足极大地制约了国产涂料进入国际海工市场,也削弱了国产品牌的竞争力。
基于海工产品的使用环境,对其必须采取防腐蚀保护措施,对离岸的海工产品防腐涂层而言,服役期内很难在海上进行修复或重涂,延长防腐涂层的耐久年限以及防腐涂层与海工产品使用寿命同步是海工防腐研究的最终目标。因此,研发在海洋环境中具有15a以上耐久年限的海洋重防腐涂料和涂装技术,设计可在海洋环境中达到15~30a耐久年限的金属涂层+有机涂层配套体系、多层有机或无机涂层配套体系,不仅是国家海洋开发战略海工防腐蚀需要研究的重点,也是国家“十二五”规划中海工防腐涂装技术工作的研究方向,而研制阴极保护效率高的底漆、屏蔽效果好的中涂漆和耐候性好的面漆,以及与之适宜的涂层配套设计则是防腐蚀涂层配套体系的技术关键。
海洋防腐涂料目前主要用于防止暴露在海洋大气中的构筑物腐蚀,浸在海水中特别是深水区的海工构造物(如船舶和钻井平台)的水下部位、海底钢管等也需要采用涂料防腐蚀。由于此区域的含氧量低,腐蚀程度相对较低,目前主要采用环氧涂料、环氧沥青涂料、环氧玻璃鳞片涂料等,如需防止海生物附着,则采用环氧涂料+防污涂料组合体系。对海底区而言,由于此区域的腐蚀程度最低,因此涂层主要采用环氧沥青涂料。钢质管道除采用液态环氧涂料外,还大量使用熔融环氧粉末涂料,由于检修极其困难,通常要求其在不维修的条件下能正常使用20a以上。
应用于海水中的防腐涂料通常要求具有良好的耐海生物作用和化学稳定性,以保证涂层能够防污损和防腐蚀;具有良好的机械强度,以保证涂层能承受一定压力和碰撞,保持涂层的完整性使其不开裂或脱落;对钢管表面和混凝土应有良好的附着力;对外加阴极保护系统有良好的相容性,在使用阴极保护时涂层不剥离。
涂料防腐和涂料+电化学防腐蚀是目前海洋防腐的主要方法。相对于涂料的防腐性能而言,涂料在海水中的施工性能和可修复性更加重要,因此在涂层配套设计时通常建议设计成涂层寿命与被涂结构主体同寿命或可免维修。此外采用可在水中施工的防腐涂料也是目前努力发展的方向,国外已有多个公司开发出此类产品,它们通常是液态高固含量环氧类涂料。
船舶制造是海洋工程中使用海洋防腐涂料较多的行业,与此联系紧密的我国船舶防腐涂料涂装技术也获得了较快的发展,并达到了一定的水平,例如:涂装工序已被列为船舶设计的重要内容之一;钢材预处理工艺在船舶制造企业得到广泛应用,建立了分段除锈、喷涂车间,并配备了相应的自动、半自动除锈和喷涂设备,制定了一系列除锈和涂装的技术标准;从业人员已经掌握了高性能涂料施工工艺和化学品/成品油船特种涂装技术;计算机辅助涂装设计和治理技术、区域涂装技术已在大型船厂推广。
涂装新技术的应用使我国的涂装技术水平、生产效率和涂装质量大幅度提高,明显缩短了与国外涂装技术的差距,涂装质量受到国内外船东的好评。但是,我国船舶涂装技术与国外相比仍存在较大的差距,主要表现在以下几个方面:
①船舶涂装出产设计深度不够,壳舾涂一体化的概念不强;
②船舶涂装技术装备的机械化、自动化程度不高,致使除锈、涂装指标偏高执行的现象较多;
③预处理质量和车间底漆性能有待改进;
④因其他工种施工造成涂膜损坏而进行多次涂装问题十分突出,其中技术和人才缺乏则是阻碍涂料涂装行业整体水平进步的重要原因之一。
海洋防腐涂料研发重点
海洋防腐涂料的研发具有科技含量高、研制周期长、投资大、技术难度高且风险大,国外海洋防腐涂料研发主要集中在实力雄厚的大公司或靠政府支持的部门。例如英国的IP、美国的PPG、丹麦的Hemple、挪威的Jotun及日本的关西涂料等几家大公司均有上百年的相关涂料开发历史,在涂料生产供应、质量监督、涂装规范及涂装现场管理等方面形成了一整套十分严格和严密的体系,目前这些公司的产品占据了我国海洋防腐涂料的主要市场。
我国海洋防腐涂料的生产主要集中在青岛、上海、大连、天津、常州、广州及厦门等几家涂料企业,研究工作主要集中在中科院海洋研究所、中科院金属腐蚀研究所、海洋化工研究院、中海油常州涂料研究院、中船725所等研究机构。近年来,虽然建立了“中国船舶工业船舶涂料厦门检测站”、“海洋涂料产品质量监督中心”等质量管理监督机构,但整体技术水平仍落后于先进国家。
目前,国外海洋重防腐涂料的研发主要侧重以下几个方面。
1长寿命
2低表面处理
3高固体分、无溶剂
4水性化
5环保新材料
6聚脲弹性体
海洋防腐涂料的要求
海洋防腐涂料是指在海洋环境中使用的防腐蚀涂料。由于海洋环境非常严酷且具有强腐蚀性,因此,海洋防腐蚀是我国海洋工程发展中急需认真研究的课题。
按防腐对象材质和腐蚀机理,海洋防腐涂料可分为海洋钢结构防腐涂料和非钢结构防腐涂料。海洋钢结构防腐涂料主要指运输船舶、集装箱、海上桥梁、港口机械、输油管线、海上采油平台等大型设施的防腐涂料,非钢结构海洋防腐涂料主要指海洋混凝土构造物防腐涂料。海洋防腐涂料主要有无机富锌、有机富锌、有机硅、环氧、丙烯酸、聚氨酯、氟碳、聚硅氧烷类涂料,可根据不同海洋环境腐蚀特点和防腐年限选用不同的涂料和涂层体系。
海洋防腐涂料一般要求具有如下性能:①具有良好的物理性能。对腐蚀介质抗渗性好,对钢材表面附着力好;②具有良好的力学性能。耐海水冲刷、耐海冰碰撞、耐船舶停靠的磨损;③具有优异的化学性能。耐海水、耐盐雾、耐油、耐化学品、耐紫外线等的侵蚀;④与电化学保护系统相容性好。飞溅区和全浸区涂料要具有耐阴极剥离性;⑤具有良好施工性能。可在各种环境条件下对不同结构进行高质量涂装施工;⑥符合健康、环保、安全的要求。要求涂料固含量高,挥发性有机化合物(VOC)含量符合国家或国际标准要求;⑦其他特殊要求。如:淡水舱涂料要求无毒性并符合国家卫生认证要求;用于不锈钢表面的涂层中可滤去氯含量不能超过200mg/kg,涂层中不含锌;船舶压载舱涂料要符合国际海事局(IMO)《船舶压载舱保护涂层性能标准》的要求;船舶水线以下部位涂料要求防止海生物附着等。
常用的海洋重防腐涂料主要相关国际标准有:①ISO12944防护涂料体系对钢结构的腐蚀防护;②NORSOKM501表面处理和保护涂料;③ISO20340近海及相关结构防护涂层体系的性能要求;④NACESPO108防护涂层对近海结构的腐蚀控制;⑤IMO船舶压载舱保护涂层性能标准(PSPC)。
海洋防腐涂料及其涂层配套通常要满足ISO12944、NORSOKM501、NACESPO108和ISO20340相关防腐标准的要求。一般都要预先通过严格的腐蚀试验和认证,试验项目主要有:①耐盐雾(盐水)试验4000h;②耐阴极剥离试验;③耐湿热试验4000h;④循环腐蚀试验4200h。
深度解析海洋防腐涂料应用技术现状及发展/海洋重防腐涂料标准
海洋防腐蚀是海洋工程的关键技术之一,金属在海洋中腐蚀导致的应力腐蚀断裂(SCC)、氢脆(HE)、腐蚀疲劳(CF)、晶间腐蚀(IC)等会使海工钢结构发生突然断裂,导致海洋环境生态灾难,造成巨大损失。此外,海工产品防腐涂层的提前失效和涂层维修带来的停工损失也相当大。因此,必须采取合适的防腐蚀技术予以解决。
近年来国内外对海洋腐蚀与防护日趋重视,虽然各种耐海水腐蚀材料不断推出,各种防腐蚀施工技术也大有发展,但仍远不能满足实际需求。我国对海洋工程结构设施的防腐蚀研究与国外发达国家有明显的差距,一些关键技术尚未解决,没有形成具有我国自主知识产权的技术,而且缺少相应的防腐规范和标准,这些都严重影响了海洋工程结构的设计、建造和安全运行。因此,针对我国重点海域和重大海洋工程所面临的共性和关键防腐蚀问题,开展海洋工程结构设施的长效防腐蚀关键技术研究,不但可以防止腐蚀发生,避免或减少后期服役的维修、维护费用和因维修造成的经济损失,减少重大恶性事故的发生,而且能够使海工设施的安全性大大提高,具有重大意义。
新版JT/T 722-2023《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件标准》解读
标准修订发布情况
交通运输部7月12日公开发布关于《城市轨道交通运力负荷评估规范》等30项交通运输行业标准的公告。
标准修订发布情况
交通运输部7月12日公开发布关于《城市轨道交通运力负荷评估规范》等30项交通运输行业标准的公告。
桥梁防腐蚀主要标准
公路桥梁系统的防腐三大主体标准:
《JT/T 694 悬索桥主缆系统防腐涂装技术条件》
《JT/T 695 混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》
《JT/T 722 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》
为什么进行修订?
JT/T 722-2023在2018年开始修订,历时5年,新版体现先进性和前瞻性:
将先进成熟的技术和成功经验推广运用;
为新材料、新技术、新工艺的引入提供了方法和依据;
标准修订注重了桥梁耐久性的全寿命周期经济性和环保性;
吸取国内近年来桥梁防腐涂装实践的发展成果,包括经验教训;
借鉴国际上的先进经验:包括新版IS012944以及国外桥梁防腐涂装规范。
桥梁设计的耐久性——更长防护寿命
JT/T 722-2023选用优质的重防腐涂料体系达到桥梁防腐预期寿命;
标准源头上推动了设计保护年限向更高要求迈进;
ISO 12944的2017版本提出钢结构防腐涂层体系最高耐久性为25年以上。
耐久性不是“担保时间”,是帮助业主制定维修计划的技术依据。担保时间是在合同中具有法律效力的条款。担保时间通常比耐久性短。
JCX涵盖了不同的极端腐蚀环境,包括离岸环境。JIM2:无阴极保护环境下的浸(盐,海)水环境;新增JIM4:是新增加的阴极保护环境下的浸(盐、海)水环境。
JT/T 722新版防腐涂层体系耐久性要求
30年:外表面、封闭环境内表面、非封闭环境内表面、浸水区和埋地区、栓接部位的防护涂层体系的保护年限为30年;
15年:钢桥面、附属钢构件的防护涂层体系的保护年限为15年。
2008旧版:按保护年限分为两类:普通型10~15年;长效型15~25年。
2023新版:主桥耐久性30年,钢桥面、附属钢结构15年。
富锌底漆vs石墨烯环氧富锌底漆
石墨烯环氧富锌选用放在C5、CX环境,标准对石墨烯锌类底漆给予很高的定位,石墨烯富锌底漆在标准里面出现了28次。
总结
该标准对桥梁钢结构防腐指导性非常强,对钢结构防腐水平的提高有重要意义;
该标准注重桥梁耐久性的全寿命周期经济性和环保性,是一部具有前瞻性钢结构防腐标准;
将先进成熟的技术和成功经验推广运用,为新材料、新技术、新工艺的引入提供了方法和依据,是一部与时俱进的标准;
该标准对于行业的标准:如港口机械,工业建筑,公共建筑都有重要的参考意义。
点击下载标准:
JT/T 722-2023《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件标准》
粉末涂料不同环氧体系对涂层防腐的影响
随着工业技术的快速发展,环境保护问题已经越来越受到全世界的重视。特别是在中国,政府机构声明在2015年初开始对溶剂涂料厂商征收高达4%的消费税。
由于粉末涂料的VOC几乎接近于零,这对于粉末涂料厂商是个好消息,将会提供更多的发展契机与政府的大力支持。粉末涂料已广泛应用到许多领域,诸如建筑、汽车、管道、移动通信和家用电器等。粉末涂料行业中,涂料防腐的工作与研究一直没有间断过。
有关桥梁、建筑物、飞机、汽车与输气管道等腐蚀破坏的报道司空见惯。尽管在油气管道行业中已经开发出一种有效的阴极保护措施,但仍存在涂层破坏的情况。
涂层破坏的影响因素很多,这可能受到包括成膜物质、颜填料、助剂、基材类型、前处理工艺、固化工艺、涂层厚度与涂层附着力在内涂料系统的影响,也可能包括温度、湿度、细菌与紫外线在内外部环境的影响。
对于粉末涂料厂商而言,防腐性能的改善关键在于涂料本身化学组成的设计,这就需要选择合适的成膜物质、颜填料与防腐助剂。
随着环境保护越来越受到重视,粉末涂料在不久的将来具有更大的应用前景。但是迄今为止,粉末涂料由于各种条件的限制,未能应用到C5与C6腐蚀等级上,这对于粉末涂料技术人员、设备供应商以及基材前处理专业人士而言,仍有很多的工作与研究去做。
在众多防腐助剂之中,低毒绿色缓蚀剂是防腐涂料的发展趋势,液体涂料界中提到了一些绿色缓蚀剂如生物可降解高分子与植物提取物,这些在许多腐蚀环境下表现出突出的防腐性能。
尽管这些绿色缓蚀剂具有低毒与生物可降解的优点,但仍存在各种技术瓶颈。如何在工业层面上广泛利用这些绿色缓蚀剂,尤其应用到粉末涂料中,需要进一步的研究与探索。
改性玄武岩鳞片在氟碳重防腐涂料中的应用
为实现“碳达峰”、“碳中和”目标,我国目前大力提倡发展海上风电"。但由于海上环境复杂,风电设备长期处于高温、高湿和高盐分的海洋气候环境中,尤其是塔筒外表面所处环境为海洋大气C5-M,塔筒内表面所处环境为C4。为了延长风电设备的使用寿命,降低维护成本和减少安全事故的发生,开发适用于海洋大气环境的重防腐涂层非常有必要。
氟碳重防腐涂料作为重防腐涂料体系中一种高性能涂料,因超高耐候性和优异的耐腐蚀性。被广泛应用于钢构桥梁飞机光伏背板等领域。但对于腐蚀条件更为严苛的海洋环境,想要达到长期防护的目标,氟碳重防腐涂层的防腐性能仍需进一步提升。因此,国内外学者常通过加人功能填料对氟碳涂层进行改性-%。片层结构填料可以在有机涂层中形成“迷宫”效应,在很大程度上可以阻止腐蚀介质的渗入,从而延长涂层的保护寿命。
不同于石墨烯、六方氮化硼等纳米片状填料,玄武岩鳞片是由天然玄武岩矿石经特殊工艺加工而成的一种新型片状材料,价廉易得,且对环境友好,其不仅能产生屏蔽效应,且耐酸碱和耐腐蚀性优良。目前,将玄武岩鳞片作为填料用于氟碳涂层的研究较少,多集中于将玄武岩鳞片经过修饰改性后.加人环氧树脂中制得复合涂层,以达到提升性能的效果。如Luo等用酸化的碳纳米管对玄武岩鳞片进行修饰后加人环氧树脂中,提高了环氧树脂涂层的耐化学品性和力学性能;He等通过原位化学氧化聚合法将聚苯胺接枝到玄武岩鳞片,有助于改善环氧涂层的热力学性能、附着力等。除了将改性玄武岩鳞片分散到涂层内部的常规方法,亦有研究者将改性后的玄武岩鳞片直接喷涂在涂层表面。Zheng等用碱液刻蚀和硅烧偶联剂(KH-550)改性的方法对玄武岩鳞片进行修饰后,应用于环氧树脂涂料使得涂层的力学性能和防腐性能得到明显提升。
因此,本研究将玄武岩鳞片作为功能填料引入氟碳涂料中,并采用绢云母修饰玄武岩鳞片与基体树脂间的空隙,形成多层屏蔽体系。增强氟碳重防腐涂料的耐腐蚀性;从涂层的附着力、耐化学品性、耐中性盐雾和耐候性等方面重点研究了改性玄武岩鳞片作为功能填料对氟碳重防腐涂层综合性能的影响。
水性防腐涂料防闪锈性的研究
随着水性工业涂料的发展,水性涂料与溶剂型涂料的理化性能差异逐渐缩小,但是两者的施工性能却存在明显的差距,这导致水性涂料无法全面替代溶剂型涂料,最主要的原因是水性涂料组成中含有水。水的存在,导致水性工业涂料极易闪锈,闪锈是水性涂料特有的现象。闪锈指水性涂料涂装到金属基材上,在干燥过程中涂层表面出现锈斑的现象,这是由于水和氧气的存在,以及碳钢表面的不均匀性,导致金属基材表面形成了大量的原电池,使得基材表面发生电化学腐蚀,表现为闪锈。在水性涂料施工过程中,闪锈会严重影响涂膜的性能,使得涂膜与基体的结合能力下降,严重影响涂膜对金属的防腐作用等。
因此,选择合适的防闪锈剂对提升水性防腐涂料的防闪锈性有很大的作用。防闪锈剂主要由缓蚀剂组成,最初的缓蚀剂以铬酸盐、重铬酸盐、亚硝酸钠为主,这些缓蚀剂对抑制闪锈的作用十分高效,但是对环境污染很大,对人体有毒。新型防闪锈剂的研究和开发是水性工业涂料研究的重点之一。胡鹏程等在专利CN111876006A中由咪唑啉离子液体、三氮唑离子液体、季铵盐离子液体、有机磷酸盐、炔醇和去离子水制备防闪锈剂,该防闪锈剂具有防闪锈效果好、添加量少的特点。钟鸥等以钼酸盐、苯甲酸盐和聚苯胺水性液体制备了水性环氧树脂涂料用防闪锈剂,该防闪锈剂与水性环氧树脂相容性好并且有效抑制闪锈。Gichuhi等采用有机胺与有机羧酸制备出的环保型防闪锈剂不仅可以保护黑色金属和有机金属,而且对漆膜的光泽没有影响。Vesely等采用水溶碱性纳米硅酸盐作为防闪锈剂,利用纳米硅酸盐形成的碱性环境,溶液中氧气会使金属表面钝化从而形成保护膜达到抑制闪锈的目的。
实验以水性丙烯酸防腐涂料为基础,选取了钼酸盐、苯甲酸盐、苯并三氮唑3种缓蚀剂,同时由于体系pH也会影响涂膜的闪锈,因此选择有机胺作为pH调节剂,探讨了水性涂料配方中pH调节剂、缓蚀剂及复配缓蚀剂对水性涂料防闪锈和耐腐蚀性的影响,以期制备一款环保型防闪锈剂,替代常用的亚硝酸盐类防闪锈剂。
研究了pH、缓蚀剂对水性防腐涂料防闪锈性和耐腐蚀性的影响,结论如下:
(1)调节pH对水性涂料的防闪锈性影响较大,当pH在9.7以上时,能明显抑制闪锈的发生,但是对漆膜的耐水性影响较大。
(2)使用单一缓蚀剂,难以平衡漆膜的防闪锈性和耐腐蚀性。通过缓蚀剂的复配,利用不同类型的环保缓蚀剂的协同效应,提高了漆膜的防闪锈性,同时减轻对漆膜耐腐蚀性的影响。复配缓蚀剂添加量为0.4%时,可达到的综合性能优于市售防闪锈剂的效果。
石墨烯在防腐涂料中的应用及性能研究
石墨烯从2004年被发现到2010年进入人们的视野,对纳米二维石墨烯的研究已经取得了长足的发展。石墨烯从石墨中剥离是二维晶体,结构上碳原子之间除了以σ键相连形成六角环层结构外垂直层面形成多原子相连的π键,类似于苯六元环的键非常稳定,使石墨烯具有很高的化学稳定性 、优异的机械强度、良好的物理屏蔽性能和较大的比表面积等优点,使其应用到涂料中可起到长效防腐的效果,进一步提升涂层的防护作用。
工业漆中环氧类防腐涂料主要是由环氧树脂,助剂,功能颜填料和溶剂等组成的A组分和环氧固化剂B组分组成。环氧树脂类防腐涂料的机械性能良好,附着力、冲击和柔韧性等都能满足标准要求,并且耐溶剂、酸、碱、水的化学性质优异,所以环氧树脂在防腐涂料中应用较为广泛。目前石墨烯涂料主要是在基材上形成石墨烯沉积膜实现屏蔽防锈,石墨烯的防腐机理的研究仍不够全面,石墨烯在涂料中主要存在分散性问题和石墨烯的导电性问题,所以石墨烯涂料需要进行进一步研究。基于此,本研究使用改性功能化石墨烯可以直接分散于涂料中形成稳定的分散体,避免石墨烯分散困难和沉积的问题,将其加至环氧树脂中制备出不同石墨烯含量的改性涂层,系统研究石墨烯改性涂层的耐盐水、耐盐雾及电化学等性能。
基于特定酸性环境下水性环氧防腐涂料的研究
在一些酸性气体管道、大型变电站基站、冶炼厂等场所,时时刻刻处于酸性较高的环境,对于钢铝结构的防护尤为重要,利用防腐涂料对基材进行保护的方法,因为其简单方便的施工工艺、成本低廉、重复施工性强等特点,得到了广泛的应用。
按照以往的经验总结,多采用溶剂型的防腐涂料,但近年来对环保的呼声越来越大,相关政策也是不断的推出,溶剂型改水性迫在眉睫,水性防腐涂料也凭借其低VOC排放量,对环境友好,施工方式与溶剂型相同等优点成为了涂料工业未来的研究重点之一。但是水性涂料由于一定的亲水性,与溶剂型涂料相比,在防腐性能上还是有所差异,尤其是耐酸耐水性和耐盐雾性,这会对市场的推广产生一定的影响。因此,制备出高性能的水性防腐涂料成为了工业涂料领域的重要任务。
采用不同的水性环氧树脂与水性胺类固化剂作为成膜物,探讨了不同环氧树脂、固化剂种类、颜填料种类、环氧与固化剂比例、分散剂种类以及固化条件对防腐性能的影响。
水性环氧树脂的种类、固化剂的类别、环氧/胺活泼氢的比例以及颜填料均能对耐酸性以及其他防腐性能造成影响,当然还有其他的因素会影响,本文未做足够的试验论证。最终采用了E5水性环氧树脂与CA1固化剂作为成膜物质,环氧/胺活泼氢比例为1.1,填料选择325目硫酸钡,颜料选择有机系列,耐酸能做到最高的8天,其他耐性性能均能达标。



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