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液体环氧陶瓷防腐钢管

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一、液体环氧涂料的分类及对比
用于石油、化工管道和贮罐内外防腐的涂料品种很多,但从防腐性能、投资造价、使用寿命和施工技术等方面考虑,用量最大、用途最广、历史最悠久的是液体环氧涂料。
在我国20世纪80年代前,用中分子环氧树脂和部分高分子环氧树脂加入25%以上的溶剂,制成溶剂型液体环氧涂料,在90年代改进成溶剂含量小于20%的厚浆型环氧涂料,在20世纪末研制并生产出无溶剂液体环氧涂料,该涂料不含挥发性的、有毒性的苯类稀释剂,固体含量接近100%。
液体环氧涂料性能的优劣主要由两大因素决定,其一是环氧树脂含量,其二是溶剂含量。经试验研究环氧树脂含量最少不应低于25%。涂料中环氧树脂含量高,防腐层粘结力大,机械强度高,涂敷时固化速度快,涂层密实,可以得到性能优良的防腐层。涂料中溶剂含量应越少越好,涂料含量直接影响着涂层的致密度和针孔的数量,还关系到涂敷遍数、工效、工期、人工和机械的费用。在选购涂料时,应首选溶剂含量低、固体份含量高的涂料。溶剂在漆膜干燥过程中应全部挥发,造成浪费、污染和危害,并使干膜厚度减少。一般溶剂含量20%以上的涂料,一遍漆干膜厚度大约在40~80μm,若按最低要求的防腐层厚度300μm计算,至少要涂四遍以上。第一遍漆膜表干后,方可涂第二遍漆,若每遍间隔2~6h,涂敷300μm厚的防腐层,施工周期要2~4天,工效远远低于可一次性厚涂的无溶剂液体环氧漆。更要指出的是涂层致密性的问题,因涂料中含溶剂,在漆膜干燥过程中溶剂挥发会产生针孔和
表面缺陷。为了消除针孔和增加防腐层厚度,要涂敷第二遍涂料,把上遍涂膜的针孔大部分覆盖,只有少量重叠,靠这样多层的涂敷才能达到无针孔的防腐层。可是,第一层、第二层及以后涂的若干层中留下前层的隐蔽下的针孔,又称之为盲孔。在表层留下的针孔称之为显孔。盲孔、显孔和隐藏的裂痕缺陷造成涂层致密性差,在今后的实用中,遇到化学介质的长期浸渍,腐蚀性的酸、碱、盐会进入缺陷中并存留,造成涂层电性能下降、强度降低,先失去防腐作用。
因此施工相同厚度的防腐层,用无溶剂涂料比用有溶剂涂料涂敷的防腐层在质量上要优异。
无溶剂液体环氧涂料可以一次性厚涂达到2000μm以上,工效高,涂敷速度快,提高质量、提高功效、降低成本、环保、节能、无污染,是引领涂料工业发展方向的新产品、新技术。
表1 有溶剂与无溶剂涂料比较

序号 有溶剂型(包括厚浆型) 无溶剂型
1 涂层中有针孔、盲孔、显孔,造成涂层不致密。 无溶剂一次性厚涂,涂层密实,各项防腐性能优良。
2 多层涂敷、层间还需有等待干燥的时间,工效低、时间长。 一次厚涂,工效快,省工、省时。
3 有溶剂挥发,施工现场条件恶劣、污染环境,工人劳动条件差,造成职业病。 无溶剂挥发,无污染,无气味。
4 涂层固化后,仍有溶剂残留逸出,污染水质。 自身无溶剂、涂层中无残留问题,真正无毒害。
5 溶剂乃能源物资,挥发后,浪费了能源。 无挥发物,节能、环保,为地球、为人类做贡献。
6 能源浪费,增加工序,工效降低,综合成本提高。 节能,省钱、节省工序、节省人工和机械施工费,降低成本。
 
 
 
二、无溶剂液体环氧涂料种类
无溶剂液体环氧涂料有无溶剂环氧彩漆、无溶剂环氧陶瓷涂料、无溶剂环氧煤沥青涂料等种类。
1、无溶剂液体环氧涂料——环氧彩漆
环氧彩漆是液体环氧漆的一个品种,环氧漆是属化学固化型油漆,环氧树脂和固化剂混合后,发生化学交联反应,生成不熔不溶的大分子立体网状结构,质地致密、机械强度高,环氧环、苯环和醚键化学性质稳定,耐多种酸、碱、盐的浸泡,醚键和羟基是极性基团,与钢铁产生极性吸附,粘结力大,附着力强。
 
表2 无溶剂型环氧彩漆性能指标

项目 单位 性能指标
涂料粘度
(涂4杯,25℃)
不测(超过仪器检测范围)
涂料细度 μm ≤100
涂料固体含量 ≥98
漆膜干燥时间(25℃) 表干 h ≤4
实干 h ≤16
漆膜颜色及外观 各色、有光
漆膜附着力 ≤2
漆膜柔韧性 mm ≤2
漆膜耐冲击 J 4.9通过
 
 
2、无溶剂液体环氧涂料——环氧陶瓷涂料
环氧陶瓷涂料欧美国家称之为Ceramic Epoxy,是液体环氧涂料系列产品中的耐磨品种,内含大量高纯度石英粉,涂层光亮、坚硬、耐磨。组成中含煤沥青的外观呈黑色,简称黑陶,用于中水和污水,组成中不含煤沥青的外观为白色,简称白陶,属于无毒型,用于生活饮用水。
无溶剂型环氧陶瓷涂料不含任何有机溶剂和活性稀释剂,符合环保和安全要求,固体含量接近100%,适用于机械喷涂,可厚涂一次成形,涂层密实、无针孔,省料、省时、省工,降低成本,是涂料工业发展的方向。
涂层光滑、坚韧、耐水、耐磨、耐化学介质浸蚀,防腐性能优良,是最好的内防腐材料。可加热或常温涂敷,常温固化养生,施工方法简便易行。
环氧陶瓷涂层光滑,磨阻系数低,适用于钢管、铸铁管、混凝土管等输水管道内涂,可降低磨阻,增加输量,减少投资。也适用于钢储罐、混凝土、凉水塔、污水厂、码头等设备的内外防腐。
主要技术指标符合美国国家标准协会和美国自来水厂协会的ANSI/AWWA C 210-07《钢质水管道液体环氧内外防腐层》标准和东化防腐公司企业标准Q/DH 08-2012《环氧陶瓷涂料》的要求。
 
表3   AWWA C 210-07性能指标

序号 试验项目 最低要求 试验方法
1 干膜厚度 16mils(406μm) SSPC PA2
2 电检测(针孔) 2500V无针孔 NACE RP 0188
3 粘结性
a. ASTM D 3359(A法)
b. ASTM D 4541
 
4A级
800psi(5.5MPa)
 
a.ASTM D3359(A法)
b.ASTM D 4541
4 浸泡试验(24±1℃、30d)
a. 脱离子水
b.1%(w)硫酸溶液
c. 1%(w)氢氧化钠溶液
无起泡、剥离和失粘 AWWA C 210
5 阴极剥离 剥离半径≤9.53mm ASTM G 8
 
 
3、无溶剂液体环氧涂料——环氧煤沥青涂料
环氧煤沥青涂料在20世纪70年代前是用煤焦油为主料,加入环氧树脂,因此原称环氧煤焦油涂料(coal tar epoxy)。加入固化剂后,即发生固化反映,形成漆膜。可是煤焦油中含有酚类物质,酚类物质也能与固化剂发生反应,会增加固化剂用量,而且有些酚类物质在形成涂层后还会逸出,投入使用后,影响涂层防腐性能。后来改进为采用精炼的煤焦沥青,除去有害杂质制成环氧煤沥青涂料。随科学技术的发展,环氧煤沥青涂料从20世纪80年代的溶剂型,其固体含量70%,到90年代发展为厚浆型,固体含量≥80%,目前已生产出无溶剂型,其固体份含量高达≥98%。国标GB 50268和石油行标SY/T 0447-96的固体含量仍按厚浆型要求,而最新的石油行标SY/T0457-2010已明确无溶剂环氧涂料的固体含量指标为≥98%。
 
表4 无溶剂环氧煤沥青涂料技术指标

项目 单位 技术指标 执行标准
涂料常规检测 细度 μm ≤100 GB/T 1724
固体含量 % ≥98 SY/T 0457附录A
颜色及外观 -- 黑色,表面平整、光滑 目测
干燥性能 表干 h ≤4 GB/T 1728
实干 h ≤16
冲击强度 J 4.9 通过 GB/T 1732
附着力 1~2 GB/T 1720
柔韧性 mm ≤2 GB/T 1731
硬度 -- 2H铅笔,表面无划痕 GB/T 6739
耐化学稳定性(90d) 10% H2SO4
10% NaOH
3% NaCl
-- 防腐层完整,
无起泡、不脱落
GB/T 9274
防腐层检测 耐盐雾性(500h) -- 1级 GB/T 1771
耐磨性(1000g/1000转) mg ≤120 GB/T 1768
耐弯曲(1.5°、25℃) -- 涂层无裂纹 SY/T 0442附录E
耐冲击(25℃) J ≥6 SY/T 0442附录F
 
4、无溶剂液体环氧衍生产品——环氧煤沥青冷缠带
无溶剂型环氧煤沥青冷缠带是环氧煤沥青加玻璃布防腐层的更新换代产品,是东化公司自主研发的专利产品,专利号:ZL 93 2 21420.7。本品由基带和定型胶两部分组成,基带是浸过环氧煤沥青涂料的丙纶无纺毡,取代含碱、含蜡的玻璃布,定型胶是无溶剂型环氧煤沥青涂料,取代溶剂型环氧煤沥青涂料。
为达到国标GB 50268-2008和中石化行标SH 3022-1999标准要求的防腐层厚度,可提供三种型号,即:防腐层组合厚度0.4mm的GH 401加强级、0.6mm的GH 402特加强级和0.8mm的GH 403加厚级(即中石化标准的特强级)。为了适应中国南北方温差较大的情况,按施工环境温度将配套的定型胶分为三种型号,即:常温胶(5℃以上使用),低温胶(-5℃以上使用)和超低温胶(-5℃以下使用)。
本产品2004年通过北京市市政管理委员会鉴定,认为具有方便施工、降低成本、提高防腐质量、有利于改善环境保护的特点,在环氧煤沥青防腐材料中达到国内领先水平,可以在市政工程中推广应用。
环氧煤沥青冷缠带中采用的环氧煤沥青涂料(又称定型胶)属无溶剂型,解决了原溶剂型环氧煤沥青涂层针孔多、涂层不密实,有盲孔、显孔的缺陷。两胶一带即可达到国标要求的厚度,涂层致密、无针孔,大大提高防腐层的质量。
采用两胶一带施工工艺,取代原来标准中要求的四油一布加强级和六油二布特强级和中石化的五油三布特强级,简化施工工艺,缩短工期,提高工效,节约工程成本。
冷缠带有可在不同环境温度下施工的三种定型胶,使环氧煤沥青防腐可在全天侯施工,解决了以往冬季不能施工的弊病。
环氧煤沥青冷缠带是基带和定型胶配套供应,提高了现场施工环氧煤沥青涂层的预制程度。无纺布不含蜡、不含碱,消除了因玻璃布含蜡、含碱造成的粘结力差和吸水率高,不耐酸、碱、盐浸蚀的弊病,大大提高了环氧煤沥青涂层的粘结力、机械强度和在盐碱地区的防腐性能。施工后涂层厚度均匀、质量稳定、外观漂亮、防腐性能优良。
环氧煤沥青冷缠带适用于埋地和水下钢质输油、天然气、自来水、供热管道的外壁防腐,也适用于钢质储罐罐底及污水池、屋顶防水层、卫生间、浴室、地下室等混凝土结构的防水和防渗漏。
环氧煤沥青冷缠带尚无相应行标,企业标准为Q/DH 01-2012《环氧煤沥青冷缠带》,其外观、防腐层厚度、电火花检漏电压等主要技术指标均符合国标GB 50268、中石化行标SH 3022和石油行标SY/T 0447等标准的相应要求。
表5 环氧煤沥青冷缠带技术指标

序号 项             目 单位 技  术  指  标
GH  401 GH  402 GH403 GH404
1 基带宽度, mm 125±2.5     250±5  400±8 250±5
2 基带抗拉强度, N/cm ≥20 ≥25
3 定型胶实干时间
(25℃)
h ≤16
4 防腐层颜色及外观   黑色有光、表面平整、粘结紧密 黑色、表面平整有弹性
5 防腐层厚度 mm ≥0.4 ≥0.6 ≥0.8 ≥0.8
6 防腐层电火花检漏 kV 2.5无漏点 3.0 无漏点 5.0 无漏点 5.0无漏点
7 防腐层粘结力 180°剥离法 常温胶
低温胶
N/cm 20  不剥离 12 不剥离 ---
超低
温胶
12  不剥离 ---
撕开法 ------ 不露铁
8 防腐层耐冲击 J 4.9  冲击点不露铁
 
三、无溶剂液体环氧涂料施工方法
1、手工施工方法
无溶剂液体环氧涂料尽量不采用手工施工,环氧类涂料是化学反应型涂料,当环氧树脂(在A组份内)与固化剂(在B组份内)混合后,固化反应开始,产生的热量又加速了反应速度,涂料会增稠甚至凝固而无法涂敷使用,这段时间称为使用期。涂料中溶剂含量高,溶剂挥发可带走一部分热量,可以延长使用期,但又出现每遍涂层只能达到50~100μm干膜的问题,需要增加涂敷遍数。无溶剂液体环氧涂料中树脂含量高,涂料粘度较大,为了降低粘度,一般采用预热到40℃~70℃,当A、B料混合后,化合反应速度更快。
无溶剂环氧涂料亦可制成手刷料,有些厂家采用加入活性稀释剂的配方,但其价格较高,而且活性稀释剂有挥发性,有毒,影响施工人员的身体健康。东化公司研制的冷缠带配套定型胶是无活性稀释剂的无溶剂液体环氧涂料,可以手工施工,其施工方法是A、B料按1:1混合,搅拌均匀即可涂刷。
2、机械化施工
因无溶剂环氧涂料按比例加入固化剂后,化学反应产生的热量大,会加速固化反应,使涂料使用期缩短,故通常的空气喷枪和单缸高压无气喷涂机均不能使用,应采用双缸双路高压无气喷涂机。双缸双路喷涂是将环氧涂料的A料、B料分别预热,由A料泵、B料泵分别输送到喷咀前的预混器混合,混合后的涂料立即经喷咀喷到被涂物上,迅速固化形成涂膜,达到一次性厚涂的效果。在照片和录像中可以看到施工无溶剂环氧煤沥青管道外壁防腐层,一次性厚涂达到美国AWWA标准,防腐层厚度大于14密耳(406μm)。




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