重防腐涂料是一種在嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下能長期有效使用的涂料，為了達(dá)到重防腐的目的，一方面需要涂層的厚膜化，另一方面對涂料基體樹脂與助劑選用、基材的表面處理與涂裝施工、維護(hù)要求也十分嚴(yán)格，這類涂料以前多采用液體涂料，通常需要多道涂裝才能達(dá)到要求。隨著科技的進(jìn)步,新材料的涌現(xiàn)，粉末涂料涂裝具有的安全高效、無污染等特點在重防腐涂裝中起到了越來越重要的作用。
與普通粉末涂料相比，重防腐粉末涂料，在功能上有所不同，常規(guī)粉末涂料雖然也注重對基材的保護(hù)作用，但其裝飾作用往往處于較重要的位置。重防腐粉末涂料則主要是側(cè)重于對底材的保護(hù)功能。此外，該種粉末涂料主要是用于工業(yè)涂料，批量大，生產(chǎn)作業(yè)要求速度快，其涂裝方式往往采取加熱快速熔化與固化方式，因而在國外這類粉末涂料被稱之為熱融結(jié)環(huán)氧（Fusion
Bonded Epoxy ）簡稱FBE。
熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的優(yōu)良特性主要體現(xiàn)在涂層的優(yōu)良抗化學(xué)品性、耐溶劑,能夠抵御輸送介質(zhì)中H2S、CO2、O2、酸、堿、鹽、有機物等化學(xué)物質(zhì)腐蝕，并能長期接觸含鹽地下水、海水、以及土壤中微生物產(chǎn)生的各種有機酸等腐蝕物質(zhì)；此外，涂層具有優(yōu)異的耐磨抗沖擊與彎曲性能，與金屬基材具有良好的附著力，能有效防止施工時機械損傷與植物根系及土壤環(huán)境應(yīng)力的破壞；涂層具有較高的玻璃化溫度，能保證在寬的溫度范圍（-30-100℃）正常使用；另一方面，涂層具有良好電絕緣性，能在陰極保護(hù)下達(dá)到長期保護(hù)的目的。在施工工藝性方面，融結(jié)環(huán)氧FBE施工方便。不需底漆可一次厚涂，快速固化有利于流水線作業(yè)，易于檢測與修補，涂層質(zhì)量易于控制。
上述優(yōu)點使FBE的應(yīng)用在近幾年獲得了迅速增長。特別是管道重防腐方面獲得了廣泛的應(yīng)用，從最初的石油天然氣管道防腐擴大到城市地下污水管網(wǎng)防腐，并進(jìn)一步擴大到建筑鋼筋、鋼纜的防腐涂裝。由此帶動了從重防腐粉末涂料原材料生產(chǎn)到粉末制造、噴涂應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈的形成。
1．管道用重防腐粉末涂料
1．1發(fā)展概況
熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料于六十年代初在美國開發(fā)成功，至今已有近四十年，十多萬公里的管道防腐歷史。由于其優(yōu)良的機械性能、抗腐蝕耐老化性能，被廣泛應(yīng)用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，從赤道到極地，其防腐壽命超過四十年，給處于各種環(huán)境中的管線長期低維護(hù)成本運行提供了可靠的保證。熔融結(jié)合環(huán)氧粉末防腐涂層已成為當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛且已被歷史證明的良好防腐體系。該涂裝方式與其他防腐方式的憂缺點比較如表1。
表1各種防腐涂層材料的技術(shù)經(jīng)濟比較【1】
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涂層類型 |
優(yōu)點 |
缺點 |
適用范圍 |
包覆層厚度 |
使用壽命 |
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石油瀝青 |
材料易得技術(shù)成熟、施工設(shè)備簡單
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易受微生物腐蝕，機械性能差，低溫脆化高溫軟化
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瀝青資源易得的地區(qū)
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6-8mm瀝青+玻璃布
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15-20年 |
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環(huán)氧煤焦油瓷漆
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機械強度高，耐腐蝕能力較好，施工安全
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固化時間長，環(huán)境污染重
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地下及海底管線
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4-6mm一布三漆
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20-25年 |
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塑料膠粘帶 |
耐低溫性好，機械強度高，絕緣電阻高
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能耗高，材料費用高，耐高溫性差
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地勢寬闊，土質(zhì)干燥地區(qū)
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1.3-1.8mm
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30-40年 |
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熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層
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耐腐蝕性能好，機械性能好，抗陰極玻璃強
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表面處理嚴(yán)格，耐候性差，吸水率偏高
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埋地管道，海底管道
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0.3-0.5mm
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40-50年 |
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熱塑性線型聚乙烯粉末涂層
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耐腐蝕性能好，耐候性好，抗機械破壞能力強
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施工設(shè)備要求嚴(yán)格，附著力比環(huán)氧粉末差
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露天管道，異型管道彎頭等
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1-3mm
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40-50年
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我國從八十年代起，引進(jìn)熔結(jié)環(huán)氧粉末涂裝技術(shù)，在北京、上海的天然氣管線工程、航空煤油管線工程、吐哈油氣田善鄯至烏魯木齊天然氣管線工程、甬滬寧、西南等成品油輸油管線、油田輸油管線、杭州灣跨海大橋沉臺外樁管防腐等國家重點工程中得到廣泛應(yīng)用，建成了上萬公里管線投入運行，取得了明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。圍繞管道重防腐，目前我國已形成了從粉末配套原材料到粉末涂料制造、噴涂施工、管道敷設(shè)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。配套生產(chǎn)的主要企業(yè)見表2。
表2.國內(nèi)主要管道重防腐粉末涂料生產(chǎn)與應(yīng)用配套企業(yè)
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行業(yè)類別 |
生 產(chǎn)
廠
家 |
主 要
產(chǎn)
品 |
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主要原材料生產(chǎn)
環(huán)氧樹脂
與固化劑 |
道氏化學(xué)中國有限公司(張家港)
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高分子量雙酚A環(huán)氧樹脂
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岳陽石化總廠 |
高分子量雙酚A環(huán)氧樹脂
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常熟佳發(fā)化學(xué)有限責(zé)任公司 |
酚醛環(huán)氧樹脂與固化劑 |
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汨羅新東方化工公司 |
酚醛環(huán)氧樹脂與固化劑 |
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陜西正元石油化工公司 |
固化劑 |
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大慶慶魯精細(xì)化工有限公司 |
固化劑 |
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重防腐粉末涂料制造 |
3M中國有限公司
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單、雙層重防腐粉末涂料 |
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河北立東粉末涂料有限公司 |
各類重防腐粉末涂料 |
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張家港特種涂料有限公司 |
各類重防腐粉末涂料 |
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廊坊燕美化工公司 |
各類重防腐粉末涂料 |
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北京碧海舟防腐涂料有限公司 |
各類重防腐粉末涂料 |
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噴涂施工企業(yè) |
浙江科鑫腐蝕工程控制有限公司 |
各類防腐管道涂裝 |
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中石油管道研究院工程公司 |
各類防腐管道涂裝
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1.2
重防腐粉末涂料生產(chǎn)所用的原材料
由于熔結(jié)環(huán)氧粉末的特性要求，所選擇的原材料從主要成膜物質(zhì)到助劑均與普通粉末涂料都有所差別，分別介紹如下;
1.2.1環(huán)氧樹脂
環(huán)氧樹脂由于分子結(jié)構(gòu)中大量的苯環(huán)、醚鍵、羥基結(jié)構(gòu)，對基材特別是金屬基材具有優(yōu)異的附著力，耐熱、耐化學(xué)腐蝕，形成的涂層具有優(yōu)異的機械強度，如硬度、耐冷熱沖擊與機械沖擊等性能。此外，環(huán)氧樹脂與固化劑的多品種可組合成多樣化的粉末涂料配方體系，給滿足各種要求復(fù)雜的使用場合提供了多種選擇，上述優(yōu)點使環(huán)氧樹脂成為重防腐涂料的首選成膜物質(zhì)。目前重防腐粉末涂料所采用的環(huán)氧樹脂主要為中分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂與酚醛環(huán)氧樹脂。考慮到涂層防腐與附著力要求，與普通粉末涂料所用的中分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂也有所差別，要求軟化點較高，而環(huán)氧值不能太低，保證形成的涂層既有較好柔韌性又要有一定的交聯(lián)度，以保證涂膜的附著力與表面硬度，這一點對雙層粉尤為重要，目前市場采用的典型中分子量雙酚A環(huán)氧樹脂產(chǎn)品有以日本東都化成技術(shù)生產(chǎn)的YD-014U、美國道氏化學(xué)公司663U等產(chǎn)品，具有價格較低，韌性好的特點，但該類環(huán)氧樹脂只有分子結(jié)構(gòu)的兩端有環(huán)氧基，且為了得到好的韌性與較高軟化點，所選擇的這種樹脂環(huán)氧值較低，其固化產(chǎn)物交聯(lián)密度低，帶來的結(jié)果是耐化學(xué)性能與耐熱不夠好，涂層硬度、耐磨性及附著力也不夠好。酚醛環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中可有多個環(huán)氧基，固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度與芳香密度都比較高，涂膜的硬度與耐熱性、耐磨性、耐化學(xué)腐蝕性及對基材的附著力都比較好，因此，國外在設(shè)計重防腐粉末涂料配方中多選擇酚醛環(huán)氧樹脂或改性酚醛環(huán)氧樹脂。酚醛或改性酚醛環(huán)氧樹脂典型產(chǎn)品有瑞士CIBA-GEIGY公司生產(chǎn)的GT7255，SHELL生產(chǎn)的EPON
2014以及國內(nèi)由常熟佳發(fā)化學(xué)公司生產(chǎn)的JECP-01A等產(chǎn)品，主要指標(biāo)如表3。
酚醛環(huán)氧樹脂雖有較好的防腐性能，但全部采用酚醛環(huán)氧樹脂特別是當(dāng)酚醛環(huán)氧樹脂環(huán)氧值較高時，可能導(dǎo)致固化物脆性大，低溫彎曲與沖擊性能較差，因此，在酚醛環(huán)氧樹脂中加入部分雙酚A型環(huán)氧樹脂，有助于提高其耐低溫彎曲與沖擊性能，混合比例在酚醛環(huán)氧/雙酚A環(huán)氧80/20-20/80。對涂層性能的影響規(guī)律是：隨酚醛環(huán)氧用量增加，涂膜附著力、硬度、耐化學(xué)腐蝕能力增加，但柔韌性、耐彎曲沖擊性能下降，具體比例還與所選擇的促進(jìn)劑體系、顏填料種類與用量及涂膜所要求的最終性能有關(guān)【2】。
表3.熔結(jié)粉末涂料用酚醛環(huán)氧樹脂主要技術(shù)指標(biāo)
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生產(chǎn)廠 |
SHELL
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韓國國都 |
CIBA-GEIGY
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常熟佳發(fā)化學(xué) |
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牌號 |
EPON2014
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KD211D
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Araldite GT7255 |
JECP-01A
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環(huán)氧當(dāng)量 |
750-850
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500-575
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775-855
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850-950
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軟化點℃ |
100-120
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82-92
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-110
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95-110
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平均官能度 |
2.5
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2.3-2.5
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熔融粘度150℃
P
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200-600
|
1000-3500
|
2400-3700(200℃)
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[1/6][2/6][3/6][4/6][5/6][6/6]
