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浅谈重防腐涂料

来源:荣格-《涂料与油墨-中国版》 发布时间:2021-05-12 807
化工涂料油墨树脂颜料、填料助剂溶剂其他生产设备涂装设备/环保设备实验室检测设备 市场趋势
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由于大陆可用的原料,在近两个世纪以来消耗殆尽,所以海洋开发就提到了日程上来。

防腐涂料是指在一般条件下能对金属起到防腐蚀作用,能保护金属、有色金属,使其有一定寿命的涂料。防腐涂料按用途来分,有船舶、金属、汽车、家具、钢结构防腐涂料等。按照树脂分可分为:环氧类、过氯乙烯、氯化橡胶、聚氨酯、丙烯酸无机类涂料等。重防腐涂料是指在比较苛刻的条件下,能对金属起到保护作用,并具有较长的使用寿命的涂料。如在化工大气介质中,海洋环境和具有酸碱盐和溶剂和一定温度的条件下,使用寿命可达五年以上,以及在一般化工大气和海洋中,使用寿命可达10到15年以上的涂料。


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一般的防腐涂料,其涂层干膜厚度为100~150微米,而重防腐涂料干膜厚度为200~300微米,甚至达到500~1000微米。美国NACE标准对zs-711涂层的抗腐蚀性能要求:应能通过4000小时的盐雾实验、4000小时的湿热试验,涂层还具有耐候性、抗老化、防辐射、耐磨、耐冲击、耐高温(400到600℃),耐低温(零下60℃)、导电性能稳定,其电阻率可满足防静电要求,及大于五年以上,甚至达到10到15年的使用寿命。


这一切就要求重防腐涂层应具有和基体有较强的结合力(即附着力强),所以涂层中的羟基(-OH)能与金属基体中的正离子,通过化学键的结合,或在涂料中的偶联剂邦助下,实现共价键的结合。在空间网状的结构的维系下,涂料组合物中含有金属、金属氧化物、纳米材料和稀土氧化物的超细微粉体,可使涂层形成一个致密的界面过渡层,使其在综合热力性质与基体基本上相匹配。


重防腐涂料还具有高效方便的特点。在环境温度20℃,相对湿度小于85%的情况下,无机防腐涂料可以在常温下固化,表干15分钟,实干2小时的情况下高效施工,获得优异的耐盐雾、耐老化涂层。甚至有些具有自我修复性,对外力造成的涂层局部划痕,可自行修复,且涂层不会受到切割、焊接的损伤,带涂层焊接不会影响焊接质量。无机聚合物防腐涂料可单独使用,也可以作为低涂(底漆)与有机涂料的配套使用。


重防腐涂料主要应用于以下五个方面:新兴海洋工程、海上设施、风力发电、海上石油钻井平台等;现代交通运输、桥梁、船舶、集装箱等;能源工业、石油化工设备(油管、油罐等)、输变电设备、核电;大型工业企业的设备、化工、钢铁、石化厂的管道、储槽等;市政设施、天燃气、煤气管道及设备等。


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防腐原理
涂料一般的防腐原理有化学、物理或电化学几个方面:
◆ 化学原理——将有害物质(酸、碱)中和为中性的无害物质,来保护基材不受腐蚀性物质的侵害。为此,在防锈涂料中,经常添加一些两性化合物,如氢氧化铝、氢氧化钡、氧化锌等。
◆ 物理原理——防腐涂料将基体材料与外界腐蚀物质相隔离,所以这种涂料常使用成膜剂来获得致密的防腐物质,以保护对基体的伤害。
◆ 电化学——在防腐涂料中添加一些特殊的物质,当水分、氧气通过防腐涂料时会发生反应,形成防腐离子,而使钢铁等金属表面钝化,阻止内部金属的进一步反应,从而达到防腐的目的。为了达到此目的,常见的添加物为铬酸盐。

海洋工程防腐涂料
由于大陆可用的原料,在近两个世纪以来消耗殆尽,所以海洋开发就提到了日程上来。整个地球陆地面积不足以30%,而海洋面积要占到71%,为了解决所需物资的使用,加大海洋的投资力度就在情理之中。


海洋开发是一个综合性极强的系统工程,海洋工程所需要的工程材料、钢结构、混凝土构建等,都面临着腐蚀崩塌的危险。海水的腐蚀,海洋环境的侵蚀,必然会对工程材料带来严重的腐蚀,使其工程材料的寿命大打折扣,使工程设施的安全性出现特别严重的问题,海洋开发是本世纪以来的创世之举,涉及到多个领域许多的高新技术,要开发海洋重防腐涂料则是首当其中必须解决的重要物资,这对新型的的防腐材料提出了挑战。


海洋环境按腐蚀的大小可分为海洋大气区(不同的海域其大气存在的介质也有所不同)浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区,不同的区域对工程设施的腐蚀也有所不同。一般而言,浪溅区对工程设施的腐蚀是最严重的。因此对重防腐涂料的技术性能、施工性能也要求提高。


影响海洋工程防腐的有盐度、温度、pH值。绝对盐度是指海水中的溶解物质质量与海水质量的比值,对盐度的适应适应是海洋生物的最基本的生理特性,污损生物也不例外。外海和大洋的盐度比较高(34%左右)且稳定,沿岸和港湾、河口的盐度低,但盐度变化大。盐度通常通常用每公斤的海水中所含有的钠氯镁的克数来表示。海水中含量最多的有钠、镁、钙、钾、锶等五种阳离子,有氯离子、硫酸根、碳酸氢根、溴氟等五种阴离子和硼酸分子,其中钠铝镁在海水中的多少,常用海水的盐度来表示。盐度的大小对海洋中的设施所用的基材的腐蚀有很大的影响。


开发海洋是时代的必须,我们国家已经把它列入到必须实施的最大项目当中,研发生产优质的可供各个不同海域的防腐材料就必然提到了今日的日程之中,近年来,我国在研发和生产上都一直处在上升的趋势,研发的人员逐日增多,对生产重防腐涂料的需求也一直处于上升的趋势。2010年我国防腐涂料的应用大于300万吨,2011年防腐工业总产值已高达659.17亿元。

海上风电对防腐涂料的要求
为了解决不可再生能源的根本问题,发展可再生能源是今后能源发展的主要方向。可再生能源涵盖面很广。今年的两会特别提出,要加大发展新能源。积极有序的发展风电、核电已经正式写入政府工作报告之中。


海上风电是未来发展的主要方向。2013至2015年,风电建设规模呈上升趋势,到2015年已达1200亿元。2015至2018年投资为646亿元。2019年投资达1171亿元,比2018年增长了81.3%。到2015年风电并网装机容量为13075万kw。2019年达到21005万Kw。2019年风力发电量已突破4100 亿kw时。到2019年底,海上风电装机量已达7GW(700万kw)。


我国是风力资源占有率最高的国家。我国10m高度风能资源总量为3226 GW,其中路上可开采的仅为253GW。海上约为1000GW。至今有风电的河北张家口、内蒙古、山东荣成、辽宁营口、黑龙江高锦、广东南澳、海南等已经建设了多个风力电场,计划在江苏南通、灌云盐城建GW级风电场。


我国海上风电平台,水深大于50米,离岸距离为30公里。渤海地区风速为6.5-8米/秒,不受台风干扰;山东、江苏风速为6.5-6.8米/秒,台风较少;上海、浙江地区风速为6.5-9.5米/秒,风力资源丰富,海岸线长,岛屿众多;福建风速为7-10米/秒,风力资源丰富;广东风速为7-9米/秒,风力资源丰富。


海上风电对防腐涂料的要求也不一,但一般要求使用寿命大于30年,否则检修成本太高。大概有以下几个方面:绿色环保无污染。(特别适用于海水之下);雾化性能要好;使用寿命大于30年;检修施工方便等。

当前重防腐涂料的发展趋势
2009年全国800万吨的涂料中,溶剂性涂料约占60%以上,每年向大气排放的有机溶剂有130万吨以上,它不仅浪费了大量资源,还对环境有巨大的污染,也在淘汰更新之中。


重防腐涂料应向水性化、粉末化、无溶剂化和高固体化的方向发展。急需绿色环保、安全可靠(无公害,对人体健康不会造成损害),对环境生态不会造成破坏(我国及多个国家为此已经立了法规)的产品出现。目前,涂料限制了含有汞、铬、铅等重金属的使用,对氯化橡胶,对VOC的排放也有了明显的限制。


此外,近年来由于化工厂的爆炸、失火等原因,在很多地区政府都采取了严而有效的措施。江苏省就是明显的例子,几个月之内三次大型的安全事故,造成了人员伤亡,装置破坏,致使江苏省关闭了上千家企业和七个化工园区。目前我国企业属于转型升级期,涂料及重防腐涂料应按照8E的发展原则去进行研发。

小结
重防腐涂料在开发海洋上是一个必须认真对待,极其需要认真研发的一个大课题,由于涂料本身只是半成品,要变成能适应海洋事业发展的产品,就必须要通过正确的施工工艺,使其涂膜能满足不同环境条件,基材或设备部件对它提出的防腐要求,而实际上重防腐涂料要能达到这要求,必须在施工上下功夫。


8E原则

◆Excellence of film采用清洁能源,无污染原料所生产的绿色、少污染,结合先进的涂装工艺,设备所获得的涂膜,是优秀卓越的涂膜,也就是具有涂膜的质量,较高的物化特征和赋予产品的高质量。
◆Ease of application涂料在生产及涂装过程中,使其生产、施工、工艺达到简易化、方便化、省力化。
◆Economy涂料生产及涂装工艺应充分注意到经济效益,换句话说。就是所生产的高质量的涂料经过先进涂装工艺设备所形成的产品,会给企业带来较大的经济效益和社会效益。
◆Energy saving涂料在生产及涂装的过程应充分注意到能源的节约,使其达到能耗的最小化。
◆Economocal resource在研发涂料配方设计时和涂料生产及涂装过程中,应尽量的节约资源,使其达到资源消耗最小化,所生产的副产品可以达到再生产,再利用的目的
◆Ecology在涂料生产和涂装过程中应充分注意到对生态的影响,要达到在整个过程中不会对自然界的任何均衡系统产生破坏。
◆Environment pollution 在涂料生产和涂装过程中,应对所处的环境不会造成污染,也就是说,应对环境生物生存的外界环境不会造成污染,对动物(包括人和植物)的生长(生存)不会受到危害,使他们能够安全健康的成长。
◆Efficiency涂料生产和施工的髙效化。


来源:荣格-《涂料与油墨-中国版》


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