重防腐涂料及其應(yīng)用探析

婁培亮

（1.江蘇省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 徐州 221000；2.徐州大光涂料廠，江蘇 徐州 221000）

1 重防腐涂料概述

在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備、管道系統(tǒng)的運(yùn)行往往受到腐蝕介質(zhì)、外部環(huán)境等的影響而出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，尤其是腐蝕介質(zhì)濃度、溫度的變化，是導(dǎo)致石油化工企業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題的重要因素[1]。重防腐涂料是在較為嚴(yán)峻的腐蝕環(huán)境下使用的防腐底漆、面漆等的配套涂料，其應(yīng)用主要是為了應(yīng)對(duì)惡劣腐蝕環(huán)境的不良影響，維持和延長(zhǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)的使用壽命。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，能適應(yīng)嚴(yán)峻的腐蝕環(huán)境、能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的涂料都是重防腐涂料。預(yù)防腐蝕、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命也是防腐涂料使用與發(fā)展的初衷，至今已涉及工礦、能源、交運(yùn)、海洋工程等領(lǐng)域，在石油化工生產(chǎn)、礦山冶煉中的應(yīng)用最為廣泛[2]。其中，富鋅底漆、磷化底漆、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等涂料較為常用。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，重防腐涂料也不斷朝著耐摩擦、耐沖擊、耐高溫、長(zhǎng)期性等方向發(fā)展，致力于以最少的涂裝次數(shù)、最低的涂裝費(fèi)用獲得較好的防腐效果。

2 常用的重防腐新涂料分析

2.1 鱗片玻璃重防腐涂料

鱗片玻璃指的是厚度為3～4 μm的鱗片狀薄玻璃制品。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往采用合成樹(shù)脂的混合材料作為添加材料，與環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂、聚酯類(lèi)樹(shù)脂等配合使用，涂抹厚度達(dá)1 mm，涂料層中層疊的玻璃鱗片為120～150片，能有效防治腐蝕性離子與雨水對(duì)金屬的浸透。鱗片玻璃涂料的使用需要事先在金屬表面涂抹一層打底材料，然后涂抹鱗片玻璃涂料，厚度控制在200～1 000 μm[3]。這種重防腐涂料在海上石油鉆井平臺(tái)、工業(yè)原油存儲(chǔ)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，防腐能力甚至長(zhǎng)達(dá)幾十年。我國(guó)自主研發(fā)的鱗片玻璃重防腐涂料很好地發(fā)揮了玻璃與耐腐樹(shù)脂的優(yōu)勢(shì)，成為較好的襯里材料，將其涂在金屬表面能形成性能較好的防腐涂層，在石油化工生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮了十分重要的作用。同時(shí)，玻璃鱗片樹(shù)脂在容器密封、設(shè)備修補(bǔ)等方面也得到了較好的應(yīng)用。

2.2 環(huán)氧重防腐涂料

環(huán)氧重防腐涂料主要采用環(huán)氧樹(shù)脂作為漆基，將特種橡膠、瀝青材料、石油樹(shù)脂等混入其中，優(yōu)化涂料的性質(zhì)，然后加入顏料、填料、助劑、固化劑等，形成雙組分重防腐涂料。環(huán)氧重防腐涂料的使用是基于物理防腐原理，較為常見(jiàn)的環(huán)氧重防腐涂料包括環(huán)氧煤瀝青、環(huán)氧云鐵、環(huán)氧玻璃鱗片涂料等。這種防腐涂料的應(yīng)用能形成致密性較好的抗?jié)B透性漆膜，能在鋼鐵表面與水氣、氧氣、腐蝕介質(zhì)之間形成有效的阻隔，避免出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，在酸、堿、鹽等腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用效果較為明顯，并且土層的附著能力較好，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生較大的收縮率，電絕緣性能較好，一次成膜的厚度能達(dá)到150～400 μm[4]。環(huán)氧重防腐涂料的應(yīng)用范圍較廣，在海水鉆井平臺(tái)、油氣輸送、礦井設(shè)施以及其他鋼鐵結(jié)構(gòu)的防腐中應(yīng)用效果較好。尤其是在埋地管道防腐方面，環(huán)氧煤瀝青涂料的應(yīng)用表現(xiàn)出優(yōu)越的防銹性與耐化學(xué)腐蝕性，并且具備較好的物理機(jī)械性能和經(jīng)濟(jì)性。但是，環(huán)氧煤瀝青中含有致癌物質(zhì)成分，會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一定影響，這也是環(huán)氧重防腐涂料改進(jìn)的方向。我國(guó)研發(fā)的TF無(wú)溶劑重防腐涂料也是以環(huán)氧樹(shù)脂為基料，經(jīng)過(guò)韌性提升改性，與活性稀釋劑、顏料等混合制得的安全、無(wú)毒無(wú)溶劑型防腐涂料，對(duì)不同的腐蝕環(huán)境都有較好的適應(yīng)性，同時(shí)避免了溶劑揮發(fā)產(chǎn)生的能源浪費(fèi)與環(huán)境污染問(wèn)題。

2.3 高氯化聚酚烯特種重防腐涂料

高氯化聚酚烯特種重防腐涂料的應(yīng)用主要是將特種高分子材料改性后，形成在膜物間互相補(bǔ)充、兼容的獨(dú)特防腐性能。同時(shí)，這種材料也屬于氯化高聚物，在抗光老化、耐酸堿鹽腐蝕等環(huán)境中有較好的適用性。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，高氯化聚酚烯特種重防腐涂料還表現(xiàn)出附著性強(qiáng)、干燥速度快、成膜耐磨等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，物理機(jī)械性能較好[5]。高氯化聚酚烯特種重防腐涂料形成的涂層較為堅(jiān)韌耐磨，防腐性能穩(wěn)定，也具備較好的裝飾性，適用范圍較廣。涂料底漆的防銹蝕性能較好，中漆極性之間的吸力與脹溶性使層間高分子實(shí)現(xiàn)緊密粘結(jié)，在底面漆形成鱗片狀防腐涂層。通過(guò)加入重防腐超細(xì)填料的方式，形成定向平行重疊的“魚(yú)鱗”式搭接，構(gòu)成封閉的防腐整體，在化工設(shè)備防腐與金屬除銹領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

2.4 富鋅涂料

鋅粉是一種活性顏料，富鋅涂料也因此具備活性顏料的性質(zhì)。一般富鋅涂料的干膜鋅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%左右，通常作為防腐底漆使用。氯化橡膠、聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯等都是較為常用的有機(jī)富鋅涂料漆基，堿性硅酸鹽、烷基硅酸酯等是較為常用的無(wú)機(jī)富鋅涂料的基料。富鋅涂料的耐蝕性、耐磨性、耐水性等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)都比較明顯，在石油化工生產(chǎn)中有重要應(yīng)用，并表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果。醇溶性酸鋅底漆、水溶性硅酸鋅底漆、環(huán)氧富鋅底漆是具有代表性的無(wú)機(jī)富鋅涂料底漆類(lèi)型。在電化學(xué)防腐中，無(wú)機(jī)富鋅涂料有著十分重要的應(yīng)用，并且由于其中的鋅粉活潑性較強(qiáng)，在出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題時(shí)，鋅粉發(fā)揮了犧牲陽(yáng)極的作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼鐵的有效保護(hù)。例如在長(zhǎng)輸管道防腐中，水性硅酸鋅的應(yīng)用能取得較好的防銹效果，將環(huán)氧富鋅底漆用于地下管道的防腐保護(hù)，也能獲得較好的效果。但是水性硅酸鋅涂料成本較高，并且在底材表面處理方面要求較高，其實(shí)際應(yīng)用范圍受到了限制。在高溫工藝管道中，醇溶性硅酸鋅涂料的適用性更好、防腐效果更明顯。在應(yīng)用富鋅類(lèi)涂料的過(guò)程中，常溫狀態(tài)下的鋅發(fā)揮陽(yáng)極的作用，但是當(dāng)溫度為76.7～104.4 ℃時(shí)，鋅則成為陰極。在腐蝕環(huán)境中，鐵作為陽(yáng)極會(huì)先被腐蝕，因此在隔熱管道防腐中，尤其要注意避免鋼管孔蝕。

2.5 含氟涂料

含氟涂料也是常見(jiàn)的重防腐涂料，例如聚三氟乙烯涂料的應(yīng)用表現(xiàn)出較好的耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿性能，在常溫環(huán)境中能很好地耐受大部分有機(jī)溶劑。例如濃硫酸存儲(chǔ)罐采用了聚三氟乙烯樹(shù)脂作為涂料，獲得了較好的防腐效果。在防腐蝕襯里材料方面，我國(guó)成功研制出YJ-氟橡膠重防腐涂料，可取代襯里發(fā)揮防腐作用，有效解決了高溫環(huán)境下的強(qiáng)腐蝕問(wèn)題，即使環(huán)境溫度達(dá)到230 ℃，也能正常發(fā)揮防腐作用，在﹣40 ℃的低溫下也具備一定的防腐性能，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、石油產(chǎn)品、烴類(lèi)、鹽類(lèi)等介質(zhì)的防腐中應(yīng)用效果較好。其采用冷涂的方式，簡(jiǎn)單便捷，施工質(zhì)量較好，維護(hù)也比較方便，能取得較好的防腐蝕效果與經(jīng)濟(jì)效益。

3 重防腐涂料的實(shí)際應(yīng)用

3.1 重防腐涂料涂裝施工

在重防腐涂料應(yīng)用過(guò)程中，施工技術(shù)指標(biāo)是比較重要的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)也是生產(chǎn)涂料的依據(jù)。重防腐涂料涂裝施工性能主要包括體積固含量、一次噴涂干膜厚度、干燥時(shí)間、復(fù)涂間隔、表面處理要求、邊緣覆蓋率等。近年來(lái)，重防腐涂料行業(yè)的不斷發(fā)展使重防腐涂料出廠說(shuō)明書(shū)的編制對(duì)涂裝施工的技術(shù)應(yīng)用說(shuō)明這一基礎(chǔ)工作予以了高度重視，并且在實(shí)際的防腐涂層施工中發(fā)揮了至關(guān)重要的指導(dǎo)作用。例如我國(guó)江蘇一大型水利工程壓力輸水管防腐采用耐磨環(huán)氧涂料施工，一次噴涂的干膜厚度在500 μm以上，并且不會(huì)出現(xiàn)涂層流掛、開(kāi)裂等問(wèn)題，表現(xiàn)出較好的施工性能。我國(guó)西安某化工廠研制的改性環(huán)氧涂料，采用無(wú)氣噴涂的方式，能使邊角、棱角等位置的涂層覆蓋率達(dá)到70%，表現(xiàn)出超過(guò)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)異性能。

3.2 環(huán)保性重防腐涂料的應(yīng)用

21世紀(jì)以前，氯化橡膠面漆是主流的重防腐涂料，占據(jù)了船舶、集裝箱、鋼結(jié)構(gòu)工程等防腐市場(chǎng)70%左右的份額。而后由于環(huán)保原因，丙烯酸外面漆逐漸在市場(chǎng)上占據(jù)較大比例。即便如此，由于管控力度不足，氯化橡膠涂料在化工、船舶、鋼結(jié)構(gòu)等方面的應(yīng)用仍占據(jù)較大比例。為提高重防腐涂料的應(yīng)用環(huán)保性，在氯化橡膠涂料生產(chǎn)方面需加強(qiáng)對(duì)水相法、非四氯化碳溶劑法的使用。我國(guó)船舶行業(yè)中的有毒防污面漆已經(jīng)被淘汰，環(huán)氧瀝青涂料的應(yīng)用也在逐漸減少。能實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的醇酸涂料逐漸成為市場(chǎng)主流，并且隨著水性醇酸、高固含量醇酸涂料的研發(fā)以及樹(shù)脂改性材料在醇酸性能提升方面的應(yīng)用，醇酸涂料得到進(jìn)一步的應(yīng)用與發(fā)展。在我國(guó)工業(yè)涂料中，普通溶劑型涂料的應(yīng)用占50%左右，如何降低揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的含量、提高重防腐涂料固含量，成為我國(guó)當(dāng)前重防腐環(huán)保涂料研究的重要方向。高固體分涂料能有效降低涂料消耗量、減少溶劑揮發(fā)以及減輕涂裝工作量，表現(xiàn)出明顯的環(huán)保性。其中，無(wú)溶劑涂料的應(yīng)用也表現(xiàn)出較為明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，包括一次成膜、常溫條件下固化較好、邊緣覆蓋情況較好、能進(jìn)行無(wú)氣噴涂、防腐性能較好。在實(shí)際施工過(guò)程中，無(wú)溶劑涂料不會(huì)產(chǎn)生溶劑揮發(fā)，使施工條件得到了大幅度改善，施工安全性與施工效率都得到了明顯提升。例如Universal系列高固化集裝箱環(huán)氧涂料，在集裝箱防腐涂層中的應(yīng)用表現(xiàn)出較好的涂層質(zhì)量，同時(shí)有效降低了VOC排放量，表現(xiàn)出較好的節(jié)能環(huán)保性。

3.3 水性重防腐涂料的應(yīng)用

3.3.1 水性集裝箱涂料的應(yīng)用

水性集裝箱涂料的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面。（1）水性環(huán)氧富鋅底漆+水性環(huán)氧磷酸鋅中層漆+水性丙烯酸面漆的三涂層配套體系，這種水性重防腐涂料在我國(guó)中集、新華昌等集裝箱防腐中表現(xiàn)出較好的水性防腐效果，我國(guó)深圳維新、北京紅獅的三涂層集裝箱水性涂料也獲得了國(guó)際先進(jìn)水平的認(rèn)可。（2）水性丙烯酸底漆+水性丙烯酸面漆的兩涂層配套防腐涂料，這種涂料首先應(yīng)用于我國(guó)大連中集的流水線涂裝中，適用性較好，但是由于缺乏環(huán)氧富鋅底漆的保護(hù)，其在集裝箱中的防腐應(yīng)用范圍受到了限制。

3.3.2 水性無(wú)機(jī)富鋅底漆的應(yīng)用

我國(guó)對(duì)水性無(wú)機(jī)富鋅底漆的研發(fā)始于20世紀(jì)90年代中期，至今已經(jīng)出現(xiàn)了多家能生產(chǎn)水性無(wú)機(jī)富鋅底漆的工廠 ，并且生產(chǎn)的水性無(wú)機(jī)富鋅底漆在我國(guó)諸多大型建筑中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，水性無(wú)機(jī)富鋅底漆的應(yīng)用主要集中在以下兩個(gè)方面。（1）建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐。當(dāng)前，我國(guó)約1/3的建筑鋼結(jié)構(gòu)防腐采用水性無(wú)機(jī)富鋅底漆。這種類(lèi)型的底漆不但具備較好的防腐涂料性能，而且能和溶劑型環(huán)氧中層漆配套使用，適用于無(wú)氣噴漆施工，經(jīng)濟(jì)性也較為理想。上海中心的建設(shè)則很好地應(yīng)用了水性無(wú)機(jī)富鋅底漆，其實(shí)際用量達(dá)到1.4萬(wàn)t/a。（2）石油化工生產(chǎn)中的儲(chǔ)罐內(nèi)壁防腐。水性無(wú)機(jī)富鋅底漆的應(yīng)用同時(shí)表現(xiàn)出較好的防腐性與耐有機(jī)溶劑性，在石油化工儲(chǔ)罐內(nèi)部防腐中有重要應(yīng)用，尤其在我國(guó)新疆獨(dú)山子原油儲(chǔ)罐內(nèi)壁噴涂、大連長(zhǎng)興島原油儲(chǔ)罐內(nèi)壁防腐中表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果。

3.3.3 水性丙烯酸彈性涂料的應(yīng)用

水性丙烯酸彈性涂料的應(yīng)用表現(xiàn)出較好的防水性、防腐性，當(dāng)膜的厚度達(dá)到1 mm時(shí)，延展性提升1倍，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土裂縫的有效填補(bǔ)。單組分的水性丙烯酸涂料具備底、面兩用性，并且能直接覆蓋在舊的土層表面，即使在彎曲位置也能達(dá)到95%以上的覆蓋率，在鋼結(jié)構(gòu)的橋梁維修以及帶銹、潮濕的表面施工方面有較好的適用性，其延展性為200%，可填補(bǔ)水泥上的裂紋。

3.4 低表面處理涂料的應(yīng)用

低表面處理涂料用于防腐具備較好的節(jié)能環(huán)保性，也因此得到了廣泛的重視與應(yīng)用。目前，全球多家公司研發(fā)了多種高性能低表面處理重防腐涂料，并且在發(fā)電、石化、污廢處理、橋梁施工等鋼結(jié)構(gòu)維修方面得到了廣泛應(yīng)用，成為一種市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)應(yīng)用的低表面處理重防腐涂料包括環(huán)氧類(lèi)、聚氨酯類(lèi)、丙烯酸類(lèi)等，大多具備帶銹、帶濕涂裝的性能，可直接覆涂在各類(lèi)舊涂層的表面，表現(xiàn)出較強(qiáng)的附著力，施工較為便利并且環(huán)保節(jié)能性明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

不同類(lèi)型的重防腐涂料有著不同的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與不足，需結(jié)合實(shí)際需要合理選擇重防腐涂料，同時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)新型環(huán)保、節(jié)能、高固含量、無(wú)溶劑涂料的研發(fā)與應(yīng)用，提高重防腐涂層的應(yīng)用效果。