油罐车罐内防腐施工工艺
油罐车内壁防腐大多采用防腐涂料、阴极保护或联合保护等方法。近年来,国内外开发的多种抗静电油罐涂料的种类很多,但在涂装之前都必须对油罐表面进行除锈处理。除锈工序不仅浪费人力、物力,影响工程进度,而且在油罐除锈过程中所产生的锈尘和除锈噪音也会危害人体健康及污染环境。研究所研制的带锈涂装的油罐抗静电防腐涂料却无需对油罐进行除锈,该涂料既能满足油罐导静电的要求,又能在施工中降低工人的劳动强度和减少对环境的污染,有着良好的应用前景。
二、新型油罐防腐涂料的研制
1、 各组成物质的选择
(1)基料
带锈涂装的油罐导静电防腐涂料选用环氧树脂(ｅ-44型)作为主要成膜物。环氧树脂具有粘结力强、收缩率小、强度高及稳定性、韧性、化学稳定性能好等优点,是一种性能优良的成膜物质,其缺点是漆膜应力大,性脆,可添加增韧剂。
(2)锈转化剂
选用磷酸和丹宁酸作为锈转化剂。铁锈的主要成分是ｆｅ2ｏ3和ｆｅｏ,它们在磷酸的作用下均能转化为一层致密的磷化膜层,牢牢地渗附于钢铁表面,其附着力和防锈性比人工除锈好。
(3)钝化防蚀剂
钝化防蚀剂主要由磷酸锌和亚硝酸钠组成,它们具有很好的防蚀性和防锈性,且与磷化膜有很好的附着性,增强了磷化膜的防腐蚀性和防锈性,对漆膜起到钝化和防锈作用。
(4)稳锈剂
磷酸锌、锌铬黄等稳锈剂(活性颜料)可以在涂膜中通过缓慢的水解作用产生络阴离子,络阴离子再与活泼的铁锈形成难溶的杂多酸络合物和螯合物,达到稳定锈蚀的目的。
(5)导电填料
选用锌粉作为导电填料,可增强漆膜的导电性能,使漆膜与基体具有良好的结合力,且对基材起到阴极保护作用,以改善漆膜的导热和耐温性能。
(6)其它填料
铁红和铝粉浆能够提高漆膜的遮盖力、防蚀性、流平性和外观装饰性。
(7)增韧剂
选用650号聚酰胺树脂作为环氧树脂增韧剂,其分子结构中含有较长的脂肪酸碳链和活泼氨基,可与环氧树脂发生交联反应,具有较强的弹性附着力和固化作用,是环氧树脂的优良增韧剂。
(8)固化剂
采用ｅ-881型环氧固化剂,其固化性能良好。
(9)溶剂选用
二甲苯和正丁醇混合溶剂作为溶剂,在保证漆膜流平性和其它机械性能不变的基础上,降低涂料的成本。
2、 带锈涂料机理
带锈涂料根据其与锈蚀产物作用原理不同,可分为转化型、稳定型和渗透型三种。
新型带锈涂装的油罐导静电涂料加入了转化液、稳锈剂和活性剂等物质,具有转化、稳锈和防锈作用。
选用磷酸和丹宁酸作为转化剂,丹宁酸与铁离子反应生成丹宁酸铁螯合物。磷酸与铁的氧化物和铁发生下列化学反应:
ｆｅ2ｏ3+2ｈ3ｐｏ4→2ｆｅｐｏ4+3ｈ2ｏ
3ｆｅｏ+2ｈ3ｐｏ4→ｆｅ3(ｐｏ4)2+3ｈ2ｏ
ｆｅ+2ｈ3ｐｏ4→ｆｅ(ｈ2ｐｏ4)2+ｈ2↑
磷酸二氢铁可进一步分解并与铁继续反应,最后生成不溶性磷酸盐,该磷酸盐稳定耐蚀,无毒。该涂料中的稳锈剂为活性颜料(如锌铬黄、磷酸锌等),它们通过在漆膜中的水解作用,形成以六价铬为主的阴离子络合物,与铁锈形成难溶的杂多酸络合物,使金属表面钝化,其作用原理如下。
这是一种难溶的杂多酸络合物,在此类涂料中加入适量的有机氮碱(如铬酸胍、铬酸二苯胍等)可改进它们的稳锈作用,使它能形成不溶性更大的杂多酸络合物。另外,颜料在水解过程中产生的锌离子对金属铁还能起到阳极阻蚀作用;锌粉氧化也能对活泼的铁锈酸起一定的稳锈作用,因为氧化锌水解生成的氢氧化锌,能与铁锈酸作用生成稳定的类似于ｆｅ3ｏ4结构。
磷酸盐和亚硝酸钠对铁起到磷化和钝化作用,可提高涂层的防锈能力,是较好的防锈颜料。
3、 配方的确定
(1)混合溶剂的配比
带锈涂装的导静电涂料选用的是二甲苯和正丁醇混合溶剂,比例为7∶3。分别用混合溶剂和丙酮作导电涂料的溶剂制成涂层试片,测试其各种物理机械和化学性能,测试结果基本相同,但用混合溶剂的涂料流平性较好,针孔较少,且涂料的成本较低。
(2)转化液的配比
选择磷酸和丹宁酸作为转化液,转化液用量的确定非常重要,转化液过少锈转化不完全;转化液过多,漆膜中残留酸性物质,对钢铁有腐蚀作用。根据涂料的涂刷用量(遮盖力)、需要转化的锈层厚度以及转化液的化锈原理,计算出转化液的用量范围,并参考此比例配制涂料,比较其防锈性、稳定锈蚀能力和机械性能,确定转化液的最佳用量为3%。
(3)填料体系的配比
①填料与成膜物配比由于漆膜性能与填料和成膜物的体积比有关,而与其重量比无关,因此,一般以填料体积浓度(ｐｖｃ)来计算成膜物的用量:
式中 ｖｐ———填料真体积; ｖｂ———成膜物体积。
临界填料体积浓度(ｃｐｖｃ)计算如下:
式中 ｖａ———临界油量体积。
配制涂料时,要求ｐｖｃ<ｃｐｖｃ。根据配方的填料组成按式(2)计算ｃｐｖｃ=52%。根据经验,最好的防锈漆的ｐｖｃ>25%。因此,分别选择ｐｖｃ为30%、35%、40%、45%和50%,按式(1)计算出相应的ｖｂ,换算成膜物用量配制成涂料。ｐｖｃ对涂料性能的影响见表1。由表1可见,ｐｖｃ≤35%时,所测几项性能指标均较好,但填料越多,涂料导电性能越好,因此选择ｐｖｃ=35%,成膜物与填料重量比为0.36∶1。
②导电填料与化锈稳锈颜料的配比〔2〕导电性能是油罐涂料最主要的指标之一,导电填料(锌粉)的含量主要影响涂料的导电性能。填料与成膜物的比例有一定的限制,填料太多会影响涂料的流平性;填料过少,又达不到要求的性能(如导电填料的导电性能等)。锌粉含量对漆膜导电性能的影响见表2。
由表2可见,锌粉含量降低,漆膜面电阻率明显增加,但仍在规定范围内(ｇｂ13348-92规定:储罐内壁使用防静电涂料,其膜面电阻率应低于1×109ω),因此,锌粉可以酌量减少,保证涂层的导电性能,再加入稳锈和化锈填料(一般不导电)后,会使漆膜的面电阻率再次增加,从而降低了涂层的导电能力。
除导电填料锌粉外,其它填料因具有稳锈和化锈作用,故称之为稳、化锈填料。表3为锌粉与稳、化锈填料的比例对涂料性能的影响。由表3可见,稳、化锈填料的加入对涂层膜面电阻率的影响很大,稳、化锈填料每增加5%,膜面电阻率可增大1个数量级。在保证涂层导电性能符合要求的基础上,尽量增加稳、化锈填料的含量。因此,选择锌粉和稳、化锈填料的比例为40∶10。
(4)增韧剂、固化剂与成膜物的配比增韧剂、固化剂与成膜物的配比仍采用ｓｙ-92型油罐防腐涂料的配比,增韧剂为成膜物的40%,固化剂为成膜物的20%。(5)涂料最佳配方带锈涂装的油罐导静电防腐涂料的配方见表4。
4、 涂料的技术指标及涂层的物理机械性能
带锈涂装的油罐导静电涂料的技术指标及涂层的物理机械性能见表5和表6。
三、生产工艺
1、 原料及规格生产带锈涂装的油罐导静电涂料所用的原料及规格如下。(1)环氧树脂:ｅ-44型,黄色透明粘稠液体,环氧值为0.41～0.47,软化点为12～20℃,平均分子量为210～240。(2)聚酰胺树脂:650号,棕色透明粘稠液体。(3)丹宁酸(鞣酸):浅黄色或浅棕色粉末,分子式为ｃ76ｈ52ｏ46,分子量:1701。(4)磷酸:浓度为85%。(5)锌粉:细度为320号。(6)氧化铁红:深红色粉末,相对密度为4.92～5.15,细度为320号。(7)锌铬黄:黄色粉末,相对密度为4.00,细度为320号。(8)磷酸锌(ｚｎ3(ｐｏ4)2·2ｈ2ｏ):白色晶体。(9)亚硝酸钠(ｎａｎｏ2):白色晶体。(10)铝粉浆:漂浮型,银白色膏状固体,相对密度为1.47。(11)固化剂:ｅ-881型,深棕色透明粘稠液体。(12)二甲苯:无色液体,相对密度为0.8611,闪点为138.5℃。(13)折射率:1.5004(21℃)。(14)正丁醇:无色液体,相对密度为0.8109,闪点为35℃,自燃点为365℃。
2、 主要设备
两台带搅拌装置的搪瓷或白钢制漆釜,填料和涂料研磨装置各一台。
3、 工艺过程
(1)配制成膜物(58%)溶液:将称量好的环氧树脂及混合溶剂放入制漆釜ａ中搅拌,直到环氧树脂完全溶解在混合溶剂中为止,待用。
(2)将称量好的磷酸和丹宁酸也加入制漆釜ａ中搅拌,混合均匀。
(3)将各种稳、化锈填料研磨好(细度大于320号),再加入到制漆釜ａ中,搅拌均匀,然后加入适量防沉剂、锌粉,搅拌均匀。
(4)将以上漆料通过涂料研磨装置,至涂料细度合格,过滤,包装,做为组分ａ。
(5)将称量好的增韧剂、固化剂和混合溶剂放入制漆釜ｂ中,搅拌均匀,包装,做为组分ｂ。(6)成品为ａ、ｂ两组分涂料。
四、施工工艺
(1)用钢丝刷(或砂纸)除去浮锈,扫净锈尘,油污处用溶剂擦净,即可施工。
(2)涂料在使用前,应先摇动混合均匀。按比例将组分ｂ加入到组分ａ中,搅拌均匀,熟化几分钟后再施工。
(3)带锈涂装的油罐导静电涂料可直接作底漆使用,一般涂1～2道,每道涂装间隔24ｈ。
(4)刷第一道时涂料要稀一些,使其充分渗入到锈层的孔隙中,将孔隙中存在的空气和水分排挤出去,对锈产生更好的包封作用。漆料的粘度可以用混合溶剂进行调节。
(5)油罐若在环境较苛刻的场合,涂膜厚度应在00μｍ以上。1998年5月通过采用研制的新型带锈涂装的油罐抗静电防腐涂对两座3000ｍ3蜡油罐进行防腐,截止到目前其防腐效果依然良好。
湖北菲诺特高分子材料公司
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