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带锈涂装的油罐抗静电防腐涂料的研制

发布时间:2012-12-27

  对于油罐内壁防腐,国内外大多采用防腐涂料,也有采用阴极保护或联合保护等其它方法的,而防腐涂料无论是单独使用,还是与其它方法联合使用,一直是撮通用的。油罐防腐涂料的种类很多,近一段时间,国内外普遍研制开发抗静电油罐涂料。至1992年我国国家技术监督局发布了《液体石油产品静电安全规程》,规定“贮罐内壁应使用防静电防腐涂料”后,国内产生了大批油罐抗静电涂料。如早期的H06-4环氧富锌涂料、后来的HL-52环氧氯磺化聚乙烯抗静电涂料、浙江大学研制的H99-1环氧抗静电涂料、机电部武汉材料保护研究所和安庆石化总厂联合研制的WA-929系列等。1992年末,我所也白行研制成功了一种油罐用抗静电涂料,并在其后近4年的应用中不断改进,达到了国内同类产品水平。与普通涂料一样,用抗静电涂料对油罐进行防腐涂装之前,也必须对施工表面进行处理,即除锈。除锈不仅浪费人力、物力,影响工程进度,而且锈尘和除锈噪音会危害人体健康及污染环境。我国在60年代就开始研究带锈涂料,先后开发了转化型、稳定型和稳化型等品种,但大多只适用于大气防腐。1990年,常州化工研究院研制成功了可以防水的带锈涂料(内含三元体系的新型稳锈剂);1995年,我所也白行研制过一种稳定型带锈涂料,但至今仍没有适用于油罐内防腐的导静电的带锈涂料。1997年,我们成功地研制了“带锈涂装的油罐抗静电防腐涂料”,它既能满足油罐导静电的要求,又能在施工时,大幅度减轻工人的劳动强度和环境污染,并且在工业应用上取得良好的应用效果。


  二、带锈涂装的油罐导静电涂料的研制


  (一)各组成物质的选择


  基料:带锈涂装的油罐导静电防腐涂料的研究是以SY—93油罐涂料为基础的,所以主要成膜物仍选用SY-93的成膜物— — 环氧树脂(E-44型)。环氧树脂是一种性能优良的成膜物质,许多带锈涂料都选用它作为成膜物。它具有粘结力强、收缩率小、稳定性好、强度高、韧性较好、化学稳定性能好等优点。缺点是漆膜应力大,性脆。为了克服其缺点,要添加增韧剂。


  锈转化剂 选用磷酸和丹宁酸。铁锈的主要成份是 Fe2o3和FeO,它们在磷酸的作用下均能转化为一层致密的磷化膜层,牢牢地渗附于钢铁表面,其附着力和防锈性比人工除锈好钝化 防蚀剂 主要由磷酸锌和亚硝酸钠组成,它们具有很好的防蚀性和防锈性,而且与上述磷化膜有很好的附着性,从而进一步增强了磷化膜的防腐蚀性和防锈性,对漆膜起到钝化和防锈作用。


  稳锈剂(活性颜料) 如磷酸锌、锌铬黄等,它们可以在涂膜中通过缓慢的水解作用产生络阴离子,络阴离子再与活泼的铁锈形成难溶的“杂多酸”络合物和螫合物,从而达到稳定锈蚀的目的。


  导电填料仍选用sY.93油罐防腐涂料中的导电填料——锌粉,锌粉最重要的功能是增强漆膜的导电性能,同时还能使漆膜与基体具有良好的结合力,并可对基材起到一定的牺牲阳极的阴极保护作用,也可使漆膜的导热和耐温性得到一定的改善。


  其他填料如铁红和铝粉浆,能够提高漆膜的遮盖力、防蚀性、流平性和外观装饰性。


  增韧剂延用sY.93油罐涂料中的环氧树脂增韧剂—— 650号聚酰胺树脂。650号聚酰胺树脂是桐油酸二聚体和二乙撑三胺缩合制成的。其分子结构中含有较长的脂肪酸碳链和活泼氮基.具有弹性和附着力,可与环氧树脂发生交联反应,是环氧树脂的优良增韧剂,且具有一定的固化作用。


  固化剂与SY-93涂料一样,采用E-881型环氧固化剂,其固化性能非常好。


  溶剂 由SY-93涂料的丙酮改为二甲苯和正丁醇混合溶剂,可以在保证漆膜流平性和其它机械性能不变的基础上,降低涂料的成本。


  (二)带锈涂料机理


  带锈涂料根据其与锈蚀产物作用原理不同,可分为转化型、稳定型、渗透型3种。转化型又称为反应型带锈涂料,它是用磷酸与黄血盐或磷酸与丹宁酸作转化剂(它可以与铁锈起化学反应,使有害的铁锈转化为无害的且具有一定保护作用的络合物或螯合物),加入涂料中,涂刷在带锈的钢铁表面上,形成一层完整而具有一定附着力的防护涂层。转化型带锈涂料适用于锈层比较均匀,不残留氧化皮片、厚锈及旧漆,锈层较厚的钢铁表面。优点是可转化重锈,转化速度快:缺点是难掌握锈层厚度与涂料用量之问的关系,因为若酸含量少,锈的转化不完全,若酸含量多,漆膜中留有酸性物质,对钢铁有腐蚀作用,且不能作真正的底漆,只能作表面处理剂用,施工时必须再涂刷耐酸底、面漆才能起到防腐蚀作用。


  稳定型带锈涂料是在成膜物中加人多种化锈剂、稳定剂来达到带锈涂装的目的的。优点是适应面广,可在锈蚀不均、残留坚实氧化皮或旧漆的钢铁表面上使用,不含毒性颜料,可以烧焊加工,并且可直接作为底漆与其它面漆配套使用,无须再涂其它底漆。缺点是只能适用于轻锈(锈层厚小于30tma)的钢铁表面。


  渗透型带锈涂料主要是利用漆料对疏松铁锈的润湿、渗透作用.把铁锈分离并包围在漆料中,以阻止锈蚀的发展。渗透型带锈涂料既不含稳锈剂也不含转化剂,对钢铁几乎不起什么化学作用,因此它主要适用于在锈蚀较久、化学污染较少的钢铁表面施工。此类带锈涂料目前应用较少。


  我们研制的新型的可带锈涂装的油罐导静电涂料加入了转化液,又添加了稳锈剂和活性剂等物质,所以它既具有转化作用,又具有稳锈和防锈作用的多效能涂料,而能起到这2种作用的就是其中所含的转化剂和稳锈剂。我们选用的转化剂是磷酸和丹宁酸。丹宁酸的分子式为:岛H7O(Cl4 O9)5,它能与铁离子反应生成丹宁酸铁螯合物,其分子式为:c6H70(cl409 ) 。磷酸与铁的氧化物、铁发生下列化学反应:

  磷酸二氢铁可进一步分解并与铁继续反应,最后生成不溶性磷酸盐,它稳定耐蚀,无毒。该涂料中的稳锈剂为活性颜料如锌铬黄、磷酸锌等,它们通过在漆膜中的水解作用,形成以六价铬为主的阴离子络台物,与铁锈形成难溶的“杂多酸”络合物,使金属表面钝化。其作用原理为:

  这是一种难溶的杂多酸络合物, 为了改进它们的稳锈作用,在此类涂料中常加入适量的有机氮碱如铬酸胍、铬酸二苯胍等,它能形成不溶性更大的杂多酸络合物。另外.颜料在水解过程中产生的锌离子对金属铁还能起到阳极阻蚀作用:锌粉氧化也能对活泼的铁锈酸起一定的稳锈作用,因为氧化锌水解生成的氢氧化锌,能与铁锈酸作用生成稳定的类似于Fe304结构:

  磷酸盐和亚硝酸钠还是较好的防锈颜料,因为它们能对铁起到磷化和钝化作用,可提高涂层的防锈能力。


  (三)配方的确定


  1.混合溶剂配比的确定


  sY一93油罐导静电防腐涂料的溶剂是丙酮,与成膜物的比例为1:1,选择丙酮的原因,主要是因为它毒性小,溶解能力强,但它价格较高,挥发速度较快,在施工时涂料经常要补充溶剂,否则就会出现凝结现象,造成原料的浪费和施工不便。带锈涂装的导静电涂料选用的是二甲苯和正丁醇混合溶剂,其比例为70:30,这个比例是参照其它定型的带锈涂料产品确定的,而成膜物与混合溶剂的比例仍参照sY一92涂料选择1:1,但清漆的浓度并不是50% (而是58%),原因是,我们将一部分溶剂加入到增韧剂中制成了增韧剂溶液,目的是为了使施工现场加入增韧剂时搅拌方便。我们曾分别用混合溶剂和丙酮作导电涂料的溶剂,制成涂层试片,测试其各种物理机械和化学性能,测试结果基本相同,且涂料的流平性有所改善,同时又降低了涂料的成本。
  2.转化液配比的确定


  我们选择的转化液是磷酸和丹宁酸。确定转化液的用量非常重要,因为它的多少直接影响涂料的质量:转化液过少,会导致锈转化不完全;转化液过多,漆膜中残留酸性物质,对钢铁有腐蚀作用。我们根据涂料的涂刷用量(遮盖力)和需要转化的锈层厚度,以及转化液的化锈原理,计算出了转化液的用量范围.并参考此比例配制涂料.比较其防锈性、稳定锈蚀能力和机械性能,确定转化液的最佳用量为3%。


  3.填料体系的配比确定


  (1)填料与成膜物配比


  漆膜的性能与填料和成膜物的体积比有关,而与其重量比关系不大,因此,一般以填料体积浓度(PVC)来计算成膜物的用量:

  配制涂料时,要求PVC(CPVC。根据配方的填料组成按式(2)计算CPVC=52%。根据经验,最好的防锈漆的PVC>25% 。因此,分别选择PVC为30、35、4o、45、50,按式(1)计算出相应的B, 换算成膜物用量配制成涂料。PVC对涂料性能的影响见表1。

  由表可见。PVC≤35%时,所测几项性能指标均较好,但填料越多,涂料导电性能越好,所以我们选择PVC=35% , 成膜物与填料重量比为0.36:1。


  (2)导电填料与化锈稳锈颜料的配比


  导电填料——锌粉含量的多少主要影响涂料的导电性能,而导电性能又是油罐涂料最主要的指标之一。填料与成膜物的比例是有一定限制的:填料不能太多,否则会影响涂料的流平性,填料过少,又达不到要求的性能(如导电填料的导电性能等)SY-93涂料的主要填料就是锌粉.如能适当降低锌粉的含量,而又能保证漆膜的导电性能,才有可能向涂料中添加一些化锈和稳锈填料,使涂料具有带锈涂装能力。表2所示为锌粉的含量对漆膜导电性能的影响。

  由上表可见,锌粉含量降低,漆膜的面电阻率明显增加,但仍在规定范围内(国家技术监督局GB 1334&—92规定:贮罐内壁使用防静电涂料,其面电阻率应低于109n),所以锌粉可以酌量减少,涂层的导电性能能够得到保证。当然,再加入稳锈和化锈填料(一般不导电)后,会使漆膜的面电阻率再次增加,从而降低了涂层的导电能力,现在我们就讨论这种情况:除导电填料锌粉外.其它填料我们均称之为化锈稳锈填料.因为它们都具有稳锈和化锈作用。表3所示为锌粉与稳锈化锈填料的比例对涂料性能的影响。

  由表可见,稳锈填料的加入对涂层面电阻率的影响很大.稳锈填料每增加5% ,面电阻率甚至增大1个数量级。为了在保证涂层导电性能符合要求的基础上。尽量增加稳锈填料的含量以提高涂料的化锈稳锈能力,选择锌粉和稳锈填料的比例为40:10。


  4.增韧剂、固化剂与成膜物的配比


  增韧剂、固化剂与成膜物的配比,仍采用SY-92型油罐防腐涂料的配比:增韧剂为成膜物的4o% .固化剂为成膜物的20% 。


  5.涂料最佳配方(见表4) 

  (四)涂料产品的技术指标及涂层的物理机械性能


  带锈涂装的油罐导静电涂料的技术指标及涂层的物理机槭性能,分别如表5、表6所示。

  三、生产工艺


  (一)原料及规格


  生产带锈涂装的油罐导静电涂料所用的原料及规格如表7所示。


  (二)主要设备


  1.带搅拌装置的搪瓷或白钢制漆釜(2台);


  2.填料研磨装置和涂料研磨装置。


  (三)工艺过程


  1.配制成膜物(58%)溶液。将称量好的环氧树脂及混合溶荆放入翩漆釜1中,搅拌,直到环氧树脂完全溶解在混合溶剂中为止,待用。


  2.将称量好的磷酸和丹宁酸也加入制漆釜1中,搅拌,混合均匀。

  3.然后,将各种稳锈化锈填料研磨好,至细度大于320号,再加入到制漆釜1中,搅拌均匀,然后加入适量防沉剂、锌粉,继续搅拌均匀。


  4.让以上漆料通过涂料研磨装置,至涂料细度合格,过滤,包装,为组分A。


  5.将称量好的增韧剂、固化剂和混合溶剂放入翩漆釜2中,搅拌均匀,包装,为组分B。


  6.成品为两组分涂料:A、B。


  四、施工工艺


  带锈涂装的油罐导静电涂料施工非常简便,具体工艺过程如下:


  1.用钢丝刷或砂纸除去疏松的浮锈,把锈尘扫净,个别的油污处用溶剂擦净,即可施工;


  2.涂料在使用前,应先摇动混合均匀;


  3.按比例将组分B加入到组分A中,搅拌均匀,熟化几分钟再施工;


  4.带锈涂装的油罐导静电涂料可直接作底漆使用,一般涂1—2道,每道涂装间隔24h;


  5.为了充分发挥涂料的防腐性能,建议刷第一道时涂料要稀一些,使其充分渗入到锈层的孔隙中,把孔隙中存在的空气和水分排挤出去,对锈产生更好的包封作用。漆料的粘度可以用混合溶剂进行调节;


  6.涂膜厚度对涂层防腐性能的影响是众所周知的。在环境较苛刻的场合,干膜厚度最好在lO0/ml以上。


  五、结束语


  我们成功地研制了“带锈涂装的油罐抗静电防腐涂料”,它既能满足油罐导静电的要求,又能在施工时,大幅度减轻工人的劳动强度和环境污染,它有很好的应用前景。

 

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