1、無溶劑環(huán)氧涂料的性能與應(yīng)用無溶劑環(huán)氧涂料的性能與應(yīng)用摘要：本文主要介紹了無溶劑環(huán)氧涂料的環(huán)保節(jié)能、防腐能力高等特性和它在船舶和石油中的應(yīng)用，并對其合成與制備做了簡單敘述。關(guān)鍵詞：無溶劑環(huán)氧涂料 環(huán)保 特性 應(yīng)用 合成與制備引言：環(huán)氧樹脂類涂料具有防腐能力強(qiáng)，附著力強(qiáng)、硬度高、耐磨、耐鹽霧、耐酸堿、光澤高、固含量高、豐滿度高等優(yōu)點(diǎn)。因此,廣泛用作工業(yè)重防腐漆、防銹底漆、地坪漆、油罐漆、飲用水箱漆等。但傳統(tǒng)的溶劑型涂料約含50%的有機(jī)溶劑,在涂料的制造、施工、干燥、固化成膜過程中,向大氣中散發(fā)出大量的VOC,對人類的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成極為嚴(yán)重的污染和威脅"，且經(jīng)濟(jì)效益低。而無溶劑環(huán)氧涂料無揮發(fā)

2、型有機(jī)溶劑，無毒，環(huán)保，采用低相對分子質(zhì)量的環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑為基料【1】。使用時(shí)與固化劑均勻混合,在室溫或升溫烘烤下固化成膜,它不僅具有溶劑型環(huán)氧涂料的優(yōu)異性能,而且一次成膜厚度可達(dá)100pm以上，防腐能力強(qiáng)。1無溶劑環(huán)氧涂料簡介與特性1.1無溶劑環(huán)氧涂料簡介無溶劑涂料，又可稱活性溶劑涂料，指溶劑最終成為涂膜組分，在固化成膜過程中不向大氣中排放VOC。而無溶劑環(huán)氧及改性涂料是一種新型的高性能涂料，目前國外很多著名的涂料公司均有生產(chǎn)。如IP的Intergoord144、Interline154系列，Sigma的mag-uardCSF7443、7475等【2】。它主要包括有：無溶劑環(huán)氧地坪涂料

3、、丙烯酸酯改性環(huán)氧樹脂、多官能團(tuán)環(huán)氧樹脂【3】。1.2. 無溶劑環(huán)氧涂料的特性無溶劑環(huán)氧涂料與溶劑型環(huán)氧涂料產(chǎn)品的最大區(qū)別在于涂料制造及施工應(yīng)用過程中不需采用揮發(fā)性有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，低粘度的胺固化劑、液態(tài)的環(huán)氧樹脂經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)固化而形成的涂層具有非同一般的特性。1.2.1施工安全和環(huán)保節(jié)能由于普通溶劑型環(huán)氧漆含有超過30%以上的可揮發(fā)性有機(jī)溶劑，即使是高固體分的環(huán)氧漆，揮發(fā)性有機(jī)物含量（VOC）也在10%以上。這些有機(jī)溶劑在涂裝和干燥過程中揮發(fā)，與空氣混合可形成爆炸性混合氣體。在一些密閉場所（如儲罐內(nèi)壁等）進(jìn)行涂裝施工作業(yè)時(shí)，必須進(jìn)行強(qiáng)制大量通風(fēng)，安全管理部門需定期測量施工過程中罐內(nèi)的氧氣含

4、量和可燃?xì)怏w濃度，氧含量在18%以上，可燃?xì)怏w濃度低于爆炸下限10%方可進(jìn)行涂裝作業(yè)，這樣方能避免類似獨(dú)山子儲油罐爆炸事件的發(fā)生。漆中因無溶劑揮發(fā)，可消除涂層針孔，提高抗?jié)B透性和耐腐蝕性能，消除中毒和火災(zāi)的危險(xiǎn)，還可減少通風(fēng)設(shè)備，避免溶劑揮發(fā)造成的資源浪費(fèi)，減少對環(huán)境的污染。無溶劑環(huán)氧涂料最突出的優(yōu)點(diǎn)在于能夠減少有機(jī)溶劑揮發(fā)對空氣的污染。當(dāng)前世界各國對環(huán)保的要求越來越高，尤其是一些發(fā)達(dá)國家，對涂料中的揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量（VOC）均進(jìn)行限制，對VOC的排放也予以限制。我國作為一個(gè)發(fā)展中國家，為了趕超世界先進(jìn)水平，走可持續(xù)發(fā)展的道路，避免走先污染后治理的彎路，越來越重視環(huán)境保護(hù)。因此嚴(yán)格限制涂

5、料中的VOC，以至最大程度地減少對環(huán)境的破壞，達(dá)到零排放將是今后的方向。在重防腐涂料中，無溶劑化、水性化都將是未來的發(fā)展方向，而無溶劑環(huán)氧涂料在當(dāng)前條件下更具實(shí)用性。1.2.2 優(yōu)異的物理機(jī)械性能由于環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基和醚基等極性基團(tuán)，加之在固化過程中活潑的環(huán)氧基能與界面金屬原子反應(yīng)形成極為牢固的化學(xué)鍵，這保證了涂層與基材的優(yōu)異附著力，特別值得一提的是無溶劑環(huán)氧防腐涂層具有極佳的濕附著力，從而保證了涂層在液態(tài)介質(zhì)腐蝕環(huán)境下優(yōu)異的耐久性。無溶劑環(huán)氧涂料在交聯(lián)固化后能夠形成類似瓷釉一樣的光潔涂層，由于交聯(lián)密度高和分子鏈中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，使涂層堅(jiān)硬且柔韌性好、耐磨性優(yōu)、抗劃傷性好、耐撞擊性

6、優(yōu)。無溶劑環(huán)氧涂料在反應(yīng)固化過程中收縮率極低，具有一次性成膜較厚、邊緣覆蓋性好、內(nèi)應(yīng)力較小，不易產(chǎn)生裂紋等特點(diǎn)。1.2.3 優(yōu)異的耐化學(xué)品性高度交聯(lián)的無溶劑環(huán)氧防腐涂層具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性，能耐海水、中度的酸、堿、鹽、各種油品、脂肪烴等化學(xué)品的長期浸泡。1.2.4 優(yōu)異的防腐性能無溶劑環(huán)氧涂料由于不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，在干燥成膜過程中不會形成因溶劑揮發(fā)留下的孔隙，且成膜厚，涂膜致密性極佳，能有效抵擋水、氧等腐蝕性介質(zhì)透過涂層而腐蝕鋼材。1.2.5 經(jīng)濟(jì)性目前無溶劑環(huán)氧涂料的單價(jià)雖然略高于溶劑型環(huán)氧涂料，但無溶劑環(huán)氧涂料的固體分近100%，在達(dá)到相同涂膜厚度的情況下，所需的涂料量比采用溶劑型環(huán)氧涂

7、料要少；可制成厚漿型防腐涂料，涂刷厚度可達(dá)100700m，涂層結(jié)合強(qiáng)度高，收縮率小【4】。另外，由于無溶劑環(huán)氧涂料一道可達(dá)高膜厚，可減少施工道數(shù)，從而降低涂裝施工費(fèi)用，且固化時(shí)不需要空氣存在，甚至有些特殊改性的涂料可在水下固化。大阪涂料公司典型的無溶劑環(huán)氧防腐涂層的主要性能指標(biāo)見表1【5】表1 無溶劑環(huán)氧防腐涂層的性能指標(biāo)2.無溶劑環(huán)氧防腐涂料的制備2.1 實(shí)驗(yàn)原料環(huán)氧樹脂 WSR618，環(huán)氧值 0.51，藍(lán)星化工新材料股份有限公司無錫樹脂廠；固化劑 D-230，胺值60，美國亨斯邁公司；鋅粉，北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司；云母氧化鐵 325 目，安徽銅陵坤大礦業(yè)發(fā)展有限公司；磷酸鋅，天津市光復(fù)

8、精細(xì)化工研究所；流平劑 BYK-330，BYK-Chemie GmbH。2.2 實(shí)驗(yàn)方法以環(huán)氧樹脂為基體樹脂，取 100 份，固化劑、鋅粉、磷酸鋅、云母氧化鐵質(zhì)量份數(shù)如表 2 所示，BYK-330流平助劑用量為涂料總質(zhì)量的 0.1%0.5%。采用正交實(shí)驗(yàn) L16（45）確定優(yōu)化涂料配比。表2 無溶劑環(huán)劑環(huán)氧防腐涂料配方按表 1 各組分比例分別稱取，在攪拌器高速攪拌 30 分鐘后加入流平劑再高速攪拌 30 分鐘，制備無溶劑涂料。將涂料涂涮在馬口鐵片上，放入烘箱中 80固化 150 min。涂料固化后放置一周，然后用 20%H2SO4溶液、30%NaOH 溶液和 3.5%NaCl 溶液浸泡，分析涂

9、料的優(yōu)化配方。用電化學(xué)阻抗譜研究優(yōu)化配方涂料的防腐性能。將涂刷在馬口鐵上的固化后試樣分別用 20%H2SO4溶液、30%NaOH 溶液和 3.5%NaCl 溶液在室溫下測試浸泡不同時(shí)間的電化學(xué)性能。電解池采用 3 電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極。工作電極有效面積是 12.5 cm2，測量頻率范圍為 0.01×1051.00×105Hz，測量信號為幅值 10 mV 的正弦波。2.3配方的確定 根據(jù)所確定的技術(shù)路線和各組分的理論用量、經(jīng)驗(yàn)用量，經(jīng)過多次的配方試驗(yàn)確定了基本配方：涂料防腐性能較好組份的優(yōu)化配比就是涂料耐酸性能較好的優(yōu)化配比，即鋅粉 70 份，云

10、母氧化鐵 100 份，磷酸鋅 50 份，固化劑 30.78 份【6】。2.3制備工藝按上面最佳方案比例稱取所需各種原材料的用量，于調(diào)漆罐中高速攪拌均勻后，于三輥機(jī)上研磨至細(xì)度合格，攪拌、過濾、包裝即可。其工藝流程如圖1所示【7】。3.無溶劑環(huán)氧涂料的應(yīng)用3.1在船舶領(lǐng)域中的應(yīng)用無溶劑環(huán)氧樹脂涂料作為一種不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑、固體含量極高的液體高性能環(huán)保涂料,大大降低了溶劑滯留的可能,在成膜后慢性揮發(fā)的物質(zhì)少,對密閉空間的空氣質(zhì)量的保障提供了可能。目前其在船舶領(lǐng)域中的應(yīng)用前景廣闊。3.1.1無溶劑環(huán)氧涂料在船體防腐方面的應(yīng)用船舶在海洋環(huán)境中經(jīng)常受到海水和海洋大氣的腐蝕,對于船用涂料在防腐蝕性能方面

11、有很高的要求。因此,國內(nèi)外涂料行業(yè)都在積極開發(fā)艦船用的新型無溶劑環(huán)氧涂料。目前,我國潛艇及各類艦船艙內(nèi)的防腐涂料還大多采用傳統(tǒng)的溶劑型涂料,涂料所揮發(fā)出的有毒有害有機(jī)溶劑危害人體健康。據(jù)專家介紹,近年來國外各主要船舶涂料公司都在研發(fā)生產(chǎn)無溶劑環(huán)氧涂料,如世界著名的涂料公司美國Sigma涂料公司已研制生產(chǎn)出無溶劑船舶涂料系列產(chǎn)品,廣泛用于船舶、潛艇、巡洋艦、航空母艦等防腐涂裝保護(hù)。其中SigmaguardCSF7443、7475、7954、5427等型號的雙組分無溶劑環(huán)氧防腐涂料,采用雙酚環(huán)氧樹脂、胺類低粘度固化劑和其它助劑等組成,具有良好的防腐耐磨、耐化學(xué)、耐污、耐鹽霧、耐沖擊等性能,可用于艦

12、船內(nèi)部防腐涂裝。Hempel海虹-老人牌油漆公司研制的Hempa-dur35530水面艦船用的艙室無溶劑環(huán)氧涂料,具有高固含量,適用于艦船、潛艇艙室表面涂裝,能有效改善密閉艙室空氣質(zhì)量和船員身體健康。IP國際油漆公司研制的新型Inergovrd144和Interline154無溶劑環(huán)氧涂料系列產(chǎn)品,同樣具有高固含量,適用于艦船、潛艇艙室表面涂裝。日本專業(yè)生產(chǎn)各類民用、軍用、工業(yè)用建筑涂料公司)日本關(guān)西涂料公司也在大力開發(fā)該類環(huán)保涂料。該公司(申請專利JP11172195)公開了一種船用的防腐涂料,其采用液體雙酚A環(huán)氧樹脂、液體雙酚F環(huán)氧樹脂、脂環(huán)胺類、酰胺類固化劑及填料、顏料等配制而成,它具有

13、良好的高固量、低溫固化、防腐耐污等性能。日本川崎鋼鐵公司(發(fā)明專利JP63248870)開發(fā)一種適用于海洋船用重防腐環(huán)氧涂料,其采用雙酚A環(huán)氧樹脂、脂環(huán)胺類、酰胺類固化劑、滑石填料、有機(jī)斑脫土觸變劑及顏料等制成,具有優(yōu)異的防腐、耐磨、耐鹽霧等性能。3.1.2無溶劑環(huán)氧涂料在船體的施工無溶劑涂料的固含量一般在95%以上,可在室溫或加熱條件下施工。廣義而言,它可包括粉末涂料和輻射固化涂料,最為典型的是無溶劑雙組分環(huán)氧涂料。因環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的防腐蝕性能,無溶劑環(huán)氧涂料在造船涂裝工藝上具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn):首先它達(dá)到規(guī)定的膜厚涂裝次數(shù)少,涂料的固體含量高達(dá)95%以上,相對可節(jié)約涂裝的工作時(shí)間,對造船可節(jié)約

14、人工、節(jié)省開支。其次,它的施工安全性高,因造船生產(chǎn)中存在大量明火作業(yè),而涂裝施工時(shí)必須避開明火作業(yè),或等涂裝完,測爆合格后再進(jìn)行其他作業(yè)。使用無溶劑環(huán)氧涂料,由于揮發(fā)性溶劑很少,既可大大減少涂裝工序時(shí)間,可給船廠生產(chǎn)安排帶來安全與便利,也可避免因揮發(fā)性有機(jī)溶劑對施工人員造成的傷害【8】。3.2 無溶劑環(huán)氧涂料在石化行業(yè)中的應(yīng)用3.2.1 管道防腐埋地管道外壁常用的防腐層有煤焦油磁漆涂層、環(huán)氧煤瀝青防腐涂料+玻璃纖維布復(fù)合涂層、3PE防腐層、熔結(jié)環(huán)氧防腐粉末涂層等，采用無溶劑環(huán)氧涂料的優(yōu)勢在于可現(xiàn)場施工、修補(bǔ)方便，而又避免了煤焦油磁漆涂層和環(huán)氧煤瀝青防腐涂料在施工時(shí)產(chǎn)生健康危害和涂層對地下水的污

15、染。中國石油天然氣管道局企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QCNPCGD02912006埋地鋼質(zhì)管道無溶劑液體環(huán)氧防腐層技術(shù)規(guī)范規(guī)定了適用于輸送原油、成品油、天然氣和水的埋地鋼質(zhì)管道外壁用無溶劑液體環(huán)氧防腐層的最低要求，包括涂料性能、涂層技術(shù)指標(biāo)、表面處理及施工質(zhì)量控制要求等等，鋼質(zhì)儲罐、輪船、鋼結(jié)構(gòu)采用無溶劑環(huán)氧涂料時(shí)，也可參照該標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同腐蝕環(huán)境對防腐層的要求，將無溶劑環(huán)氧防腐層分為普通級和加強(qiáng)級，其中普通級干膜厚度400 m，加強(qiáng)級550 m。中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 04572000鋼質(zhì)管道液體環(huán)氧涂料內(nèi)防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了應(yīng)用于鋼管內(nèi)防腐的無溶劑液體環(huán)氧涂料的技術(shù)指標(biāo)、涂層性能、涂覆工藝、質(zhì)量

16、檢驗(yàn)、涂層修復(fù)、現(xiàn)場補(bǔ)口等。無溶劑環(huán)氧涂料用于管道補(bǔ)口，施工十分便捷，但冬季低溫時(shí)不宜采用。3.2.2 儲罐內(nèi)壁儲罐內(nèi)壁的防腐涂裝通常都在安裝完畢，試壓結(jié)束，表面噴砂處理后進(jìn)行，涂裝環(huán)境比較密閉，自然通風(fēng)條件很差，而采用不含VOC的無溶劑環(huán)氧涂料則可以降低通風(fēng)量要求，消除爆炸危險(xiǎn)。據(jù)杜邦公司宣傳資料顯示，其產(chǎn)品Permacor2807HS/A灰色無溶劑熱噴涂導(dǎo)靜電環(huán)氧貯罐漆1981年用于德國北部某煉油廠5052號原油罐罐底板上表面和1 m以下罐內(nèi)壁，采用雙進(jìn)料加熱噴涂設(shè)備噴涂1道，平均干膜厚度753 m，經(jīng)21年使用后漆膜仍然完好，預(yù)計(jì)還可使用10年。中 海 殼 牌 新 設(shè) 施 涂 料 與 涂

17、 裝 技 術(shù) 規(guī) 范DEP 30.48.00.31 CSPC：CNOOC AND SHELLPETROCHEMICALS COMPLEX PROJECT -TECHNICALSPECIFICATION-PAINTING AND COATING OF NEWEQUIPMENT推薦在原油和工業(yè)水儲罐內(nèi)壁采用不低于500 m的胺固化無溶劑環(huán)氧涂層。目前國內(nèi)一些大型儲罐項(xiàng)目亦設(shè)計(jì)采用了無溶劑環(huán)氧涂料。如大慶南山油庫2007年新建的1臺10萬m3和2臺15萬m3原油儲罐、罐底上表面及2 m以下罐內(nèi)壁（包括罐內(nèi)附件）設(shè)計(jì)采用了無溶劑環(huán)氧防腐底漆200 m+無溶劑環(huán)氧玻璃鱗片涂料200 m的防腐涂層配合犧牲

18、陽極保護(hù)的防腐方案；中國石化股份有限公司白沙灣油庫二期工程4臺15萬m3雙浮頂原油儲罐罐底板上表面及0.6 m以下罐內(nèi)壁（包括罐內(nèi)附件）設(shè)計(jì)采用了環(huán)氧底漆50 m+無溶劑環(huán)氧防腐面漆2×150 m的防腐涂層配合犧牲陽極保護(hù)的防腐方案；黃島國家戰(zhàn)略儲備庫10萬m3原油儲罐罐底板上表面及0.6 m以下罐內(nèi)壁推薦采用環(huán)氧底漆50 m+無溶劑環(huán)氧漆300 m（13道）的防腐涂層配合犧牲陽極保護(hù)的防腐方案【9】。3.3無溶劑環(huán)氧涂料在其他方面的應(yīng)用該涂料還可以適用于涂裝儲罐、槽車、儲存紙漿的混凝土內(nèi)壁防腐。可涂裝啤酒罐、發(fā)酵罐、果汁罐、飲水儲罐的內(nèi)壁防腐。飲水儲罐涂料施工后用6070熱水沖洗幾次才能使用。無溶劑環(huán)氧樹脂漆還有良好的絕緣能力，為良好的絕緣漆，是電器設(shè)備用漆的優(yōu)良品種【10】。4.結(jié)束語我國作為一個(gè)發(fā)展中國家, 為趕超世界先進(jìn)水平, 應(yīng)該堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展的道路, 避免少走先污染后治理的彎路。政府和研發(fā)人員也越來越重視涂料的環(huán)境保護(hù)問題。因而制定嚴(yán)格限制涂料中的 VOC, 以及最大程度上減少涂料對環(huán)境的破壞影響, 達(dá)到零排放都將是今后的環(huán)保涂料的發(fā)展方向【11】。而無溶劑環(huán)氧涂料作為一