綜合性能優異的超級重防腐蝕涂料

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綜合性能優異的超級重防腐蝕涂料
范東亮  陸士平  陳家麟 王天堂
（上海富晨化工有限公司 上海200233）
摘要：本文介紹了一種有綜合性能優異的超級重防腐涂料，通過一些列材料性能檢驗和實驗，證實該重防腐蝕涂料具備耐高溫（260℃），耐磨，高硬度，高韌性，低表面能（不吸附），可耐包括強酸、強堿、強溶劑在內的數千種化學品侵蝕等優異性能。
關鍵詞：耐溫 耐蝕 高韌性 涂料
       ChemLINE 784是美國先進聚合物涂料公司(Advanced Polymer Coating LLC，簡稱APC公司)開發的專用于各種重防腐蝕領域的高度耐蝕、耐溫、耐磨，高韌性改性環氧基聚合物重防腐蝕涂料。該涂料源于一種為適應軍工和航天工業的需要而開發的新型無機-有機聚合物，該新型無機-有機聚合物首先用于制造導彈、宇航飛船及各種武器部件。80年代后期轉為民用，商標為Siloxirane，在美國電力、化工、運輸、食品，軍工等各行業得以應用，后經過多年的不斷改進，1998年在Siloxirane的聚合技術基礎上開發出性能更為卓越的ChemLINE 784。
   一、技術特色
     ChemLINE 784是由改性環氧基聚合物組成的一種極高交聯密度的防腐蝕材料，其分子結構中具有28個可交聯官能團，在固化過程中通過芳香型交聯劑作用，可結合轉變成784個交聯點。 其性能優于1992年投放的5官能團（25個交聯點）的Siloxirane、環氧樹脂、和2官能團（4個交聯點）的乙烯基酯樹脂（見圖1）。


圖1 環氧、乙烯基酯樹脂和Chemline784固化后三維網狀結構圖
ChemLINE 784與一般的防腐蝕涂料比較：分子間以醚鍵（C—O—C）占主導地位，醚鍵是一種極強的化學鍵，具有極好的柔韌性和耐蝕性；與環氧樹脂相比ChemLINE 784不含有羥基；與乙烯基樹脂相比ChemLINE 784沒有酯鍵，因此能經得起各種水解和酸性的侵蝕。  
二、性能特點
   2.1、極好的耐蝕性
2.1.1  委托意大利的里雅斯特防腐蝕服務公司做ChemLINE 784浸泡試驗，試驗條件為：試樣浸酸時間為14天，浸溶劑時間為22天。為測試涂層抗起泡腐蝕能力，試樣浸甲醇22天后加入淡水，結果如下 ：      
化學介質    試驗結果
    ChemLINE 784    高性能環氧涂料
（對比試樣）
98%硫酸    無軟化、溶脹、粉化現象，涂層表面輕微發粉紅    涂層在98%硫酸中浸泡幾天后開裂
37% 鹽酸    無軟化、溶脹、粉化現象。 涂層表面光滑，顏色變為寶石紅色。   
甲醇    無軟化、溶脹、粉化 現象. 涂層表面光滑. 浸甲醇后又用水浸泡一周無起泡現象。    甲醇/水浸泡后通常起泡。
二氯甲烷    無軟化、溶脹、粉化 現象。涂層表面光滑。    浸泡一周發生軟化、溶脹、剝離。
纖維素溶劑    無軟化、溶脹、粉化現象。涂層表面光滑。   
繼續上述實驗9個月，實驗結果無變化。

2.1.2 APC公司通過對ChemLINE 784多達5,000 種化學試劑測試，實驗結論證明ChemLINE 784具有優異的耐腐蝕性能。
下表是幾種防腐蝕材料的耐蝕性能比較，ChemLINE 784幾乎可耐各種腐蝕介質，這是常用的其他幾種高度耐蝕材料所不能解決的。
介    質    ChemLINE
784    酚醛環氧    乙烯基脂    不銹鋼
乙醛    A    L    N    A
醋酸    A    N    N    A
丙烯醛酸    A    N    __    A
丙烯酸    A    N    N    A
丙烯腈    A    N    N    A
過硫酸銨    A    A    A    L
重氮一苯    A    N    N    A
苯    A    A    N    A
苯甲酸    A    A    N    A
苯(甲)酰氯    A    N    N    N
苯甲基丙烯酸    A    N    N    A
重鉻酸鈉    A    N    A    A
溴    A    N    N    A
丁酸    A    N    __    A
丁醛    A    N    A    A
氫氧化鈣    A    A    A    A
次氯酸鈣    A    A    A    L
苛性鉀    A    N    N    A
石炭酸    A    N    N    A
介    質    ChemLINE
784    酚醛環氧    乙烯基脂    不銹鋼
氯水    A    N    A    N
高氯酸    A    N    N    N
氯化丙酮    A    N    N    L
30%鉻酸    A    N    A    N
煤焦油    A    N    A    A
氨基乙醇    A    N    N    A
甲酚    A    N    __    A
二氯甲烷    A    N    N    A
二乙基甲酰胺    A    N    N    A
二乙胺    A    N    N    A
二乙基氯化物    A    N    N    L
二乙醚    A    N    N    A
二乙基醋酸    A    N    __    A
乙二胺四乙酸    A    N    A    A
乙醇胺    A    N    N    A
普卡因酸酐    A    N    __    A
丙烯酸乙酯    A    A    N    A
脂肪酸    A    A    A    A
片狀脂肪酸    A    A    A    A
介    質    ChemLINE
784    酚醛環氧    乙烯基脂    不銹鋼
三氯化鐵    A    N    A    N
片狀硬脂酸    A    N    A    A
氟硼酸    A    N    __    A
甲醛    A    A    A    A
甲酰胺    A    N    _    N
10%甲酸    A    N     A    A
綠液    A    N    A    L
甘油    A    N    N     A
潤滑油    A    A    A    A
鯡魚油    A    A    A    A
六氫化苯醛    A    N    _    A
己二胺    A    N    _    A
肼    A    N    N     A
氫溴酸    A    N    A    N
鹽酸    A    N    A    N
10%氫氟酸    A    N    A    N
5%-20%氯化氫    A    N    _    N
35%過氧化氫    A    N    A    A
10%-30%硫化氫    A    N    A    A
5%-17%次氯酸鹽    A    N    A    N
醋酸    A    N    A    A
異丁醇    A    N    A    A
異丁酸    A    N    _    A
異丙胺    A    N    A    A
次氯酸鈉消毒水    A    N    A    N
乳酸.丙醇酸.    A    A    A    A
乳腈    A    N    _    A
樹脂    A    A    A    A
液化氨    A    N    N    A
瀝青油    A    N    A    A
亞磷酸    A    N    A    L
馬來酐    A    N    A    A
MCA    A    N    _    A
甲基丙烯腈    A    N    N    A
甲酰胺    A    N    _    A
甲醇.木醇    A    N    N    A
甲基乙基酮    A    L    N    A
甲叉二氯    A    N    N    N
一氯苯    A    N    N    N
萘    A    N    A    A
硝酸1-20%    A    N    A    A
硝基苯    A    A    N    A
氮肥    A    A    _    A
戊氨酸    A    N    N    A
正辛酸    A    A    _    A
正辛苯    A    N    N    N
發煙硫酸    A    N    N    A
棕櫚油脂肪酸    A    A    A    A
介    質    ChemLINE
784    酚醛環氧    乙烯基脂    不銹鋼
四氯乙烯    A    N    N    A
高氯酸    A    N    N    N
苯酚    A    N    N    A
磷酸    A    N    A    N
鄰苯二甲酸酐    A    N    A    A
哌嗪    A    N    _    A
多乙烯多胺    A    N    _    A
氫氧化鉀    A    A    L    L
高錳酸鉀    A    A    A    L
丙酸    A    N     N      A
吡啶    A    N     N      A
橡膠填充油    A    A    A    A
朗姆酒    A    A    A    A
碳酸鈉    A    N    A    N
重鉻酸鈉    A    N    A    A
氫氧化鈉    A    A    A    L
次氯酸鈉    A    N    A    N
硫化鈉    A    A    N    N
氯化錫    A    A    A    N
硬脂酸    A    A    A    A
廢硫酸　    A    N     N      A
硫    A    N    N    A
硫酸1~70%    A    A    A    N
硫酸70~99%    A    N    N    L
亞硫酸    A    N    N    A
妥爾油    A    A    A    A
油酸    A    A    N    A
焦油酸    A    N    A    A
四氯乙酸    A    N    N    N
四氫糠醇    A    N    N    A
甲苯二（元）胺    A    N    N    A
甲苯    A    L    L    A
戊醛    A    N    _    A
礬油65    A    N    A    A
水楊酸    A    N    N    A
二甲酚    A    N    N    A
A=室溫使用好，L=有期限耐受，N=不耐


2.2耐溫度沖擊性能
    試驗證明ChemLINE 784在204℃和0℃之間循環1000次，無任何開裂、分層、脫落等現象！實際應用中每天承受-40℃到149℃的蒸氣一次，3年后，無任何開裂、分層、脫落等現象！
2.3高延伸率
    ChemLINE 784延伸率為11.3%，高于韌性較好的乙烯基酯樹脂，約為其2-3倍。
2.4高硬度
    ChemLINE 784巴氏硬度（ASTM D2583）為78-80，一般涂料或樹脂的巴氏硬度不超過50。
2.5優良的耐磨性
ChemLINE 784泰伯磨損量（CS-17,1000g載荷,1000轉）(ASTM D4060-90) 為3.92mg。
下表是幾種常用的耐蝕材料的磨損試驗結果：
磨損介質條件    耐蝕材料    失效時間
溫度：82 ºC
壓力：0.69Mpa
速度：5.5-6.1米/秒
60%煙灰和煙塵    碳鋼    3周
    橡膠    4周
    環氧樹脂    2個月
    304不銹鋼    6個月
    聚氨酯    6個月
    ChemLINE 784    兩年內磨耗16%
    陶瓷    兩年內無磨耗
2.6優異的耐候性
    耐紫外線（ASTMG53）為40年。
2.7優異的抗滲性
吸水率（30天，30℃）(ASTM D570)為 0.89%。
2.8力學性能
    彎曲試驗（3/4”Diam.）（ASTM D522-88）————————————   270°
沖擊試驗（ASTM D2794）———————————————      150  cm.kg
拉開法粘結強度（ASTM D4541，）—————————————— 19.3-21.3 Mpa
  
三、涂層設計及施工工藝
3.1涂層設計
  ChemLINE 784重防腐涂料適用環境廣泛，可用于鋼鐵，混凝土表面，其樹脂還可用于制作玻璃鋼，均能取得良好的防腐蝕效果。下表為推薦的涂層應用方案：
涂覆基層    推薦干膜厚度
鋼材    300µm
混凝土    500µm
3.2 施工工藝
3.2.1施工環境要求：涂覆表面的溫度不能低于15℃，相對濕度必須在70%以下，并高于基層露點溫度3℃；表面應沒有水滴以及明顯的泛水。施工的最佳溫度是20~25℃，在這個溫度下涂覆性能最好，溫度太高會縮短油漆在罐里的使用壽命。
3.2.2表面預處理：
鋼鐵基面：要求噴砂處理達Sa2.5級，粗糙度75~100微米。
混凝土面：噴砂是首選的簡易方法。然而如果是在混凝土容器中就會有過多的泥漿、碎塊、  松土等，那就還可以用粗砂紙對混凝土表面進行打磨，然后用ChemLINE 784專用底漆進行涂布打底。
3.2.3表面噴砂后檢驗：表面處理后，所有部位均要吸塵，去除所有吸附在表面的粉塵和細小研磨顆粒。檢測表面粗糙度。
3.2.4調漆  將漆的兩組份按單位比例在容器中混合均勻:
3.2.5涂覆;  無氣噴涂。
3.2.6固化時間及溫度
在涂覆至設計要求厚度之后，就需要選擇下列之一的固化條件：
    在混凝土表面上涂敷，環境溫度25℃下： 24小時后可以走人； 3天后可以過車。
    在槽體、容器表面涂敷，使用強熱空氣固化。
3.2.7涂層質量檢測：簡易檢測方法可用MEK（甲乙酮）擦試50次，鉛筆測試涂層表面硬度達到 9H。

四、ChemLINE 784工業應用
ChemLINE 784系列重防腐涂料具有高度耐蝕、耐溫、耐磨，高韌性等優異性能，使其在防腐蝕領域，特別是重防腐領域有著優異的表現，能長期服役于苛刻的腐蝕環境中，自1987年其前身Siloxirane應用于電廠煙囪防蝕以來，在美國、歐洲各地大量應用，已有近二十年成功經驗，已取得成功應用的領域有：
電力工業    FGD系統、煙囪、煙道
造紙和紙漿工業    浸煮器、脫色槽、漂白系統等
污水處理    槽體，凈化器，冷凝器，中和器，混凝土內襯等
運輸業    鐵路液體儲罐、移動儲罐、ISO 罐、公路液體儲罐
海運業    化學品專用遠洋貨輪
化工行業    槽體，容器，廢物處理，設備內襯，化工車間地坪等
食品、醫藥行業    儲罐、地坪
軍事工業    地坪、船舶防銹漆
鋼結構    酸洗槽，酸儲罐，廢酸中和裝置等
高技術領域    無塵室，潔凈地坪等
典型案例：
工業洗滌塔：
澳大利亞新南威爾士波特蘭冶煉集團公司的兩個巨型洗滌塔，用堿溶液冷卻洗滌熔煉過程中產生的廢氣（含有HF、SO2、SO3、濃縮有機氣體和NO2）,溫度100~250 ºC，隨洗滌過程進行，不同濃度的硝酸、氫氟酸和硫酸不斷增加，存留于洗滌塔底部。該公司選用多種材料，經18個月測試，僅有基于Siloxirane的涂料（后發展為ChemLINE 784系列)被選中，用于洗滌塔內外防腐保護，內部涂層厚度400µm。使用1年多后，經檢測涂膜完好如新。
中和塔：
汽巴精化中和塔，用堿中和鹽酸和磷酸，溫度<100 ºC，選用ChemLINE 784系列涂料保護，經多年使用證明該材料性能優異。
煙囪煙道：
1989年，美國ELKRAFT 電力系統公司裝機容量698 MW火力發電廠采用濕法脫硫，脫硫后煙氣（含930PPM SO2 加SO3）溫度150Cº—260ºC，經由煙囪排放，煙囪防腐采用ChemLINE 784系列涂料保護，至今安全運行。
1995臺灣塑膠工業有限公司廢氣處理煙道，溫度<93 ºC，腐蝕介質有鹽酸,硫酸, 磷酸, 氫氟酸，采用ChemLINE 784系列涂料保護，效果良好。
儲罐：
美國Hukill化學公司處理再生溶劑（甲乙酮、丙酮、甲醇、全氯乙烷等）溫度-29~49 ºC的混凝土儲罐內壁防腐，美國Bp化學公司93-98%硫酸儲罐內壁防腐，美國通用電氣93%-98%硫酸和堿儲罐內壁防腐，美國德州Goodrich公司各種含氯溶劑（二氯乙烯、三氯乙烯）儲罐的內防腐等，在測試了幾十種防腐涂料后，最終選擇ChemLINE 784系列涂料，成功解決了防腐難題。
運輸罐：
杜邦公司5個運輸鍍銀液和硫酸的罐車罐；美國波音公司運送鉻酸，鹽酸，硫酸的運輸罐；美國陶氏化學運送EDA，橡膠拖車罐；美國密西西比運輸公司罐車運輸93-98%硫酸的火車罐車等均選用ChemLINE 784系列涂料進行保護，不僅成功解決防腐難題，而且清洗方便，換裝快捷，提高了運輸罐周轉效率。
混凝土表面：
美國運輸部在高速公路和火車站沿線所有停車場和儲槽設置危險化學品專區，要求地坪耐多種化學品，經實驗室對70種地坪涂料的檢測，選中ChemLINE 784系列涂料，并在康涅狄格州大量應用，成功解決了危險品滲漏對地坪的腐蝕問題；
美國佛羅里達廷德爾空軍基地小型機庫出于環保要求，選用地坪涂料，要求經受載重車輛碾壓，拖車鋼輪的磨損，且能耐受硫酸、甲叉、氯化物、JP-5燃油、液壓油等近40種化學物侵蝕，抗滲達到美國環護署的規定，至少保用5年。原選用聚氨酯類地坪，不到18個月失效，若繼續使用每兩年重涂一次，費用驚人。經多種材料比較，選定ChemLINE 784系列涂料完全達到使用要求。成功解決了長效、耐壓、抗磨，防滑，耐化學品侵蝕問題。

五、前景展望
隨著中國經濟的持續騰飛，在各行業制造工藝、技術設備突飛猛進的同時腐蝕問題及環境問題越來越受到重視，防腐蝕任務日益嚴峻，面對復雜的腐蝕介質，現在國內常用的樹脂、涂料、橡膠、不銹鋼等傳統材料已不能滿足防腐蝕的選材要求，而ChemLINE 784以其高度耐蝕、耐溫、耐磨，高韌性，環保，長效等諸多特點，彌補了傳統耐蝕材料的不足和局限，為我國防腐蝕材料領域提供了一種優異、可靠、長效的技術解決方案。
參考文獻：
[1]李國萊 張慰盛 管從勝等編著，重防腐涂料，北京：化學工業出版社，1999，195-201；

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