研发新型憎水型环氧粉末.doc

研发新型憎水型环氧粉末 The interest of new hydrophobic epxy primers for three-layer coatings 法国BS涂料公司G Gaillard与J L Bouliez著 王向农 译 16th International Conference on Pipeline Protection, Nov. 2005 摘要： 陆上和近海管道防腐均结合采用阴极保护和防腐涂层。自从上世纪八十年代首次开发成功以来，三层聚烯烃防腐层已经成为管道工业最感兴趣的管道防腐层系统，因为熔结环氧粉末底漆具有很强的抗阴极剥离特性。 然而，人们必须考虑到温度与湿度等不利的使用条件，有时候，使用温度甚至比环氧粉末底漆的玻璃化温度还要低。 因此，为了确保熔结环氧粉末底漆有效地起到防止水和盐分侵蚀的屏障作用，必须精心选择熔结环氧粉末底漆的玻璃化温度与耐化学特性。已经为三层聚烯烃外防腐层开发成新一代熔结环氧粉末底漆EUROKOTE 798和EUROKOTE 712PP，它们能够确保暴露在高温潮湿环境中的钢质管道得到良好的防腐保护。通过附着力试验、热水浸泡试验和阴极剥离试验，已经确认了这些新配方取得的技术改进。 引言 几十年来，输送油气水的地下管道和海底管道的外防腐几乎都是按照相同的原理实施保护的：用附着力很强的有机涂层作为防止水和氧气侵入的钝性屏障，并配合实施有效的电化学保护，即给钢管外加一个电位确保有效抑制钢铁的氧化。从很早开始，阴极保护就是以牺牲阳极或者强制电流为基础的。另一方面，防腐涂层技术也有很大的发展，特别是近年的发展更为明显。 今天，烃类涂料，特别是煤焦油为主的涂料，使用越来越少了。尽管事实上，已经有几十万公里管道是用这类涂料防腐的，有的煤焦油防腐管道甚至已经运行了五十多年，至今还在使用，业绩记录是相当好的。煤焦油涂层具有极好的防腐性能，甚至在一般性处理的表面上。它们抗阴极剥离特性令人称奇，这应当归因于采用的玻璃纤维增强材料，煤焦油涂层具有良好的抗冲击性和抗针入度。 后来，因为煤焦油涂层存在的种种弱点，如弯曲时的脆性，特别是涂敷施工时要用加热罐，以及它们对温度的敏感性，所以，煤焦油涂层被两层螺旋缠绕成型的聚乙烯防腐材料所取代。 这种两层聚乙烯防腐材料是在专门的管道防腐厂涂敷的，防腐层具有良好的抗运输损伤的能力。虽然人们曾经看好这种防腐层的前景并有良好的开端，但是，因为缺乏与阴极保护的相容性，所以，这项技术的推广很快受到了限制。而且，与沥青一样，它们的使用温度不得高于60℃。 在两层聚乙烯防腐材料受到限制后，环氧涂层出现了，这种热固性聚合物有望允许使用温度高于60℃。 人们开始使用粉末涂料，因为它们的固化时间非常快，这意味着，几乎刚涂敷后，管子就可以立刻搬运，并且，实际上，仅仅两三分钟后，就可以达到涂层的最终特性，这一点对生产质量控制是非常有利的。另一方面，涂膜厚度非常薄，表明这种涂层非常脆弱，在运输和铺管时必须格外仔细。如果不能做到这点，在管道非常长的使用寿命期间，需要施加的阴极保护电流的量就非常可观了。图1所示是三层聚烯烃外防腐层，其将环氧粉末底漆优越的防腐性能与聚烯烃良好的机械性能结合成一体，从上世纪八十年代问世以来，应用始终经久不衰。 图1 三层聚烯烃外防腐层 本文的目的是介绍底漆的玻璃化温度与化学组成对其在温度与湿度的共同作用下耐受使用应力的影响的重点研究结果。 为了挑选出环氧粉末涂料的内在性能，本项研究仅关注环氧底漆，而没有包括粘接剂与聚烯烃。 因此，特别严格地进行了老化试验。事实上，使用期间，底漆是不会与水直接接触的，因为聚烯烃层起到极好的屏障作用，从本质上讲，聚烯烃就是憎水型材料。 而且，在实际使用条件下，使用温度就是管道内输送介质的温度，而不是与环境（水、大地）等相关的外界温度。 在管子内部与外部，存在一个温度梯度，其相当于热应力，但没有本文介绍的试验期间施加的应力那么严重。 玻璃化温度相当于什么？ 环氧粉末涂料形成的网络多少比较致密，这取决于交联程度以及树脂 与固化剂的多功能性。交联密度对环氧树脂的机械性能和耐化学性能都有影响。一般来讲，如果交联程度比较高，形成的涂层就很硬，柔韧性较差，但附着力非常好，耐化学性能也非常好。用于量化表达交联密度的一个方法是测定玻璃化温度（Tg）。这相当于温度范围，涂层据此展示其塑性特性，这与聚合物链较大的活动性有关。网络变得不那么密实，并往往允许化学剂的渗透。结果，当温度接近玻璃化温度时，涂层增加了柔韧性，但失去了耐化学性能与附着力。环氧树脂的交联密度越高，玻璃化温度越高。 一般来讲，多层聚烯烃防腐层系统中用作底漆的环氧粉末，固化后，玻璃化温度介于90℃与110℃之间。 图2 热固树脂系统形成机理 固体或液体