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石油钻井平台防腐涂层体系、涂料浅析安兴国

发表时间：2020/8/4 来源：《论证与研究》2020年6期作者：安兴国

[导读] 摘要：海洋环境中设施防腐对重防腐油漆的质量要求很高，一般要求其防护期至少在10年以上，在一定程度上来讲，重防腐油漆发展的水平同时也标志着一个国家重防腐的发展水平。国外海洋重防腐产品研发主要在有实力的大公司承担，或者是获得政府部门支持机构来承担，同时美国的海军部也都有上百年的开发历史，他们在重防腐油漆的质量控制油漆生产工艺等方面形成了一套十分规范的管控体系。中国民族品牌的海洋重防腐油漆的研发起步较晚

                                                                                   安兴国
                                            （中海油田服务股份有限公司广东省深圳市 518000）
        摘要：海洋环境中设施防腐对重防腐油漆的质量要求很高，一般要求其防护期至少在10年以上，在一定程度上来讲，重防腐油漆发展的水平同时也标志着一个国家重防腐的发展水平。国外海洋重防腐产品研发主要在有实力的大公司承担，或者是获得政府部门支持机构来承担，同时美国的海军部也都有上百年的开发历史，他们在重防腐油漆的质量控制油漆生产工艺等方面形成了一套十分规范的管控体系。中国民族品牌的海洋重防腐油漆的研发起步较晚，从“四一八”船舶重防腐油漆攻关开始至今，已经开发出了不少海洋重防腐油漆种类。基于当今提出的蓝色国土开发战略，海洋重防腐事业的发展显得越发重要。
        关键词：石油钻井平台；防腐涂层
        海上石油钻井平台是一种海上大型工钢结构设施，其钢结构长期处于高湿、高盐、高腐蚀速率的海洋环境中，并且还要受到海浪冲蚀及海洋微生物、高腐蚀速率的侵蚀，严重威胁着钻井平台的正常安全生产。为了确保海上钻井平台安全运行，做好海上钻井平台的外腐蚀防护异常重要。
        1 海洋涂料的种类与防护功能
        海洋防护涂料按涂层体系，一般分为底漆、中间漆和面漆。底漆是防腐蚀最重要的部分，它必须对底材有好的润湿性和优异的附着力。同时具备一定防腐机能，还要与下一道涂层=层间有着良好附着结合以及有着优良的耐阴极剥离。中间漆要具有足够的防渗透能力、足够成膜厚度。面漆要求具有高的耐候性。这样的三层不同功能层形成保护涂层体系。
        1.1 富锌类底漆
        常用的富锌底漆有两种：环氧富锌和无机富锌，两者都具有良好的防护腐蚀的性能，适用于海洋环境中大气区钢结构的保护。但是相关研究中，发现富锌底漆的腐蚀防护性能受多方面影响制约。
        表1 海洋平台飞溅区涂层配套体系

        表2 富锌底漆分类

        用EIS手段测试发现，锌粉的颗粒大小和形状对环氧底漆的保护作用有明显区别。由于片状Zn颗粒比球状颗粒具有更大的比表面积，将片状Zn颗粒参入以球形Zn颗粒为主的富锌底漆中后，可以使富锌底漆的腐蚀防护性能提升，并且相应的CPVC（临界颜料体积浓度）比球形的低，片状Zn和球状Zn的临界颜料体积浓度分别为50%和60%。但是，由于片状Zn的溶解迅速，所以球状Zn和片状Zn的比例是富锌涂料配方中的一个关键因素。
        Feliu等人的研究发现，Zn粉含量对环氧底漆性能的影响，一般认为含Zn量要在70%以上。50%的硅酸乙脂富锌底漆不能够提供阴极保护，68%的环氧富锌底漆提供的阴极保护作用有限，这些例子都说明含量Zn提供的阴极保护作用有限。
        锌粉被消耗后，产生的固态物质中的碱性羟基氯化物被认为对防护涂层中的抗Cl-的腐蚀反应中起到重要作用。Zn4Cl2（OH)2SO4.2H2O是起抗Cl-腐蚀作用的产物。致密的腐蚀产物不导电，对于被保护的基材来说，相当于是一层屏蔽层，它阻挡了腐蚀因子。
        1.2 中间漆
        1.2.1 环氧中间漆
        环氧树脂分子结构中的醚键提供了良好的耐化学性，甲基、亚甲基提供了韧性、羟基提供了良好的黏结性能，苯环提供了耐高温性和刚性，图1中举出两例。因此，分子结构性能决定了环氧防腐涂料具有如下特性：（1）附着力优良。环氧树脂结构中的极性羟基和醚键，他们与相邻界面物质能产生较强的吸收力；（2）具有耐腐蚀、抗渗性能。结构致密，使各种腐蚀介质难于渗透到金属表面，抗渗透性能极佳；（3）良好的力学性能。环氧树脂结构中刚性的苯环与柔性的烃链交替排列，使涂层坚硬而柔韧，涂膜固化时，不易产生龟裂；（4）高度的贮存稳定性。环氧树脂本身是热塑性的，不加固化剂不会固化，也不会受热固化；（5）易老化。环氧树脂中的醚键使漆膜耐日光紫外线照射性差，长久日晒，漆膜容易失去光泽并且粉化，因此不易用于外漆。

        图1 环氧树类防腐涂料
        1.2.2 环氧玻璃鳞片
        环氧玻璃鳞片是以一般使用环氧树脂为成膜物，将薄片状的玻璃鳞片通过高度分散，混合在树脂中制成的厚浆型涂料，是一种高固体重防腐蚀油性油漆，成膜后抗腐蚀性极佳，防护寿命长达20年。环氧玻璃鳞片的主填料是采用径厚比很大的玻璃鳞片，一般为厚度2～5μm，长度为10～30μm，在涂膜的干燥过程中有自然平行于被涂基材表面的取向趋势，形成多层屏障结构，阻止腐蚀介质的渗入基材表面，从而达到了防护腐蚀因子对被保护基材的腐蚀。如图2所示。

        图2玻璃鳞片涂层腐蚀介质透过图
        1.3 面漆
        海洋环境由于腐蚀环境苛刻，总体来看要求涂料具有良好的耐候性、耐水性、耐化学药品性，目前以聚氨酯树脂为主，同时氯化橡胶系、环氧系、氯磺化聚乙烯系、丙烯酸系等重防腐涂料也可以使用。另外还包括：玻璃鳞片重防腐涂料、粉末涂料以及塑料涂覆层、新型有机-无机杂化涂料等。
        1.4 氟碳面漆
        超耐候性氟碳面漆是近年来逐渐受重视的面漆品种，氟碳涂料具有优异的耐候性、耐腐蚀性、耐化学品性和耐玷污性，使其在海洋苛刻腐蚀环境下具有良好的表现。
        含氟涂料按照成膜过程来区分主要有2种涂料：
      （1）烧结型氟树脂涂料：主要是由含氟树脂的微小颗粒高温烧结而达到连续成膜。这类氟树脂涂料主要是因为难以找到合适的溶剂，必须通过烧结的方法才能成膜。代表有聚四氟乙烯（PTFE）和聚三氟氯乙烯（PCTFE）等；
      （2）橡胶型含氟涂料：主要特点是涂膜具有较高的弹性和抗冲击性能，可制成水分散性涂料，便于施工，喷涂后可以在较低温度下成膜。
        2 结语
        当今防腐涂料的研究热点主要集中在三个方面：（1）环保型树脂的改性与替代；（2）开发高固体份含量或无溶剂涂料；（3）阴极保护与防腐涂料联合使用。
        目前使用的氯化橡胶涂料已经逐渐被丙烯酸所替代，类似的还有含苯并芘致癌物的环氧沥青已经逐步淘汰出市场，研究开发环境友好型的环保树脂已经是防腐涂料未来发展的方向和重点。同时，开发推广无毒的新型防锈颜料（例如磷酸锌、三聚磷酸铝等）与无溶剂涂料，提高涂料固体份含量和减少有机物的挥发对环境的污染也是当今研究的主流方向。纳米技术应用于涂料的改性也是具有前景的研究方向。
        参考文献：
        [1]Clayton P.Antifouling compositions comprising polymers with ammonium and/or phosphonium salt groups[P].WO2005075581,2005.