涂料-2011年環(huán)氧煤焦瀝青涂料研究情況及進(jìn)展分析_研究報(bào)告

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　　環(huán)氧煤焦瀝青涂料是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一類防腐涂料。這類涂料綜合了煤焦瀝青的耐酸、堿性、耐水性和環(huán)氧樹脂的附著力、機(jī)械強(qiáng)度和耐溶劑性，為優(yōu)良的防腐蝕涂料品種。當(dāng)前，我國已研發(fā)了大量環(huán)氧煤焦瀝青涂料產(chǎn)品。這類涂料采用環(huán)氧樹脂改性煤焦瀝青，制得的涂料廣泛用于水利、石油化工、造船和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。本文概述了采用環(huán)氧樹脂改性煤焦瀝青的技術(shù)，對(duì)環(huán)氧煤焦瀝青涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展作了介紹，并就其未來的研究及應(yīng)用重點(diǎn)進(jìn)行了展望。

　　1環(huán)氧樹脂改性煤焦瀝青的技術(shù)
　　
　　煤焦瀝青改性就是在煤焦瀝青中添加外摻劑從而達(dá)到克服煤焦瀝青缺點(diǎn)的目的。下面從環(huán)氧樹脂改性煤焦瀝青的優(yōu)勢(shì)，環(huán)氧煤焦瀝青涂料的配方、性能以及應(yīng)用幾個(gè)方面來介紹。
　　
　　1.1環(huán)氧樹脂改性煤焦瀝青的優(yōu)勢(shì)
　　
　　由于煤焦瀝青涂料具有如下優(yōu)點(diǎn)：耐水性優(yōu)良，浸入水中10a，其吸水率僅0.1%~0.2%；漆膜不透水并耐一些化學(xué)品的侵蝕；涂料對(duì)未充分除銹的鋼鐵表面仍具有良好潤濕性；價(jià)格低廉；固體含量高，可獲厚膜。故將煤焦瀝青作為涂料涂在金屬表面抵抗腐蝕的應(yīng)用歷史很久。
　　
　　如黑漆和瀝青搪瓷，都有較強(qiáng)的抗腐蝕性，但它們色黑且塑性溫度范圍較窄，即在高溫時(shí)變得流動(dòng)，低溫時(shí)發(fā)脆，并受天氣的影響。而將環(huán)氧樹脂與煤焦瀝青相結(jié)合，既發(fā)揮了環(huán)氧樹脂優(yōu)異的成膜性能和防腐蝕性能，又較好地解決了瀝青材料高溫流淌、低溫冷脆等難題。采用環(huán)氧樹脂和價(jià)格低廉、施工方便的煤焦瀝青配制成的涂料結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，為優(yōu)良的防腐蝕涂料品種。

1.2環(huán)氧煤焦瀝青涂料配方
　　
　　一般而言，環(huán)氧煤焦瀝青涂料主要由樹脂和固化劑兩大組分配制而成。
　　
　　樹脂組分包括煤焦瀝青、環(huán)氧樹脂和溶劑等。
　　
　　(1)煤焦瀝青
　　
　　煤焦瀝青中含有92%左右的碳，4.5%的氫，C/H原子比為1.7左右，故耐水性較好。又由于煤焦瀝青中大部分為芳香族化合物，故其與雙酚A型環(huán)氧樹脂混溶性好。
　　
　　(2)環(huán)氧樹脂
　　
　　配制環(huán)氧煤焦瀝青這類防腐蝕涂料一般選用低相對(duì)分子質(zhì)量的雙酚A型環(huán)氧樹脂，如E20、E51、E44、E42。
　　
　　環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中具有環(huán)氧端基、羥基及醚鍵等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的存在使環(huán)氧樹脂分子與相鄰界面產(chǎn)生電磁吸附或化學(xué)鍵，有助于提高環(huán)氧煤焦瀝青涂料在基體表面的附著程度。配制過程中所選環(huán)氧樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量大小取決于所采用的固化體系，涂料施工性和涂膜性能等。

　　(3)溶劑
　　
　　溶劑對(duì)環(huán)氧煤焦瀝青涂料的溶解性十分重要。不僅用來溶解樹脂、降低黏度及改善加工性能，而且還對(duì)涂料的粘結(jié)性、防腐性等有影響。采用混合溶劑如甲苯、二甲苯、重質(zhì)苯、丁醇、丙二醇、乙醚等，它們對(duì)環(huán)氧樹脂和煤焦油都有很好的溶解性且不會(huì)發(fā)生析出現(xiàn)象。

　　環(huán)氧煤焦瀝青涂料的固化劑有脂肪胺類(如己二胺，二亞乙基三胺等)和低分子聚酰胺樹脂。固化劑的選取取決于所配制的環(huán)氧煤焦瀝青涂料的性能，有時(shí)為了獲得特定的性能還需對(duì)固化劑進(jìn)行改性等工作。
　　
　　1.3環(huán)氧煤焦瀝青涂料的性能
　　
　　針對(duì)不同的對(duì)象，環(huán)氧樹脂煤焦瀝青涂料的配方也有所差別，因而涂料的性能也各有所異。如為突出用于鋼鐵表面的環(huán)氧煤焦瀝青涂料漆膜的附著力，優(yōu)異的耐水、耐化學(xué)品性能，可采用己二胺固化。采用環(huán)氧樹脂E20改性煤焦瀝青，并以650#聚酰胺樹脂作固化劑制得瀝青環(huán)氧樹脂重防腐涂料，實(shí)現(xiàn)了涂料的附著力強(qiáng)、軟化點(diǎn)要高于80℃、干燥時(shí)間短(<2d)、耐鹽和耐酸堿性高及硬度大等性能。
　　
　　盡管環(huán)氧煤焦瀝青涂料防腐蝕性能優(yōu)異，但在實(shí)際應(yīng)用過程中還需根據(jù)具體的應(yīng)用情況對(duì)環(huán)氧煤焦瀝青涂料進(jìn)行改性，以取得良好的應(yīng)用效果。
　　
　　1.4環(huán)氧煤焦瀝青涂料的應(yīng)用
　　
　　水利行業(yè)
　　
　　隨著過河管道、江心取水頭部與岸邊連接井管道、污水深水排放管道、長距離江底或海底輸水管線的修建，水下管道防腐涂料應(yīng)運(yùn)而生。而環(huán)氧煤焦瀝青涂料耐水性突出，適宜涂刷水下管道工程。提到一種環(huán)氧煤焦瀝青(厚漿型)防腐涂料，這種涂料以厚膜、長效和適用于嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境條件為主要特征，具有良好而穩(wěn)定的防腐性能，尤其是耐海水、江水的腐蝕，在水下鋼質(zhì)管道防腐工程中也得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明將厚漿型環(huán)氧煤焦瀝青涂料應(yīng)用在水下管道工程，只要施工方法得當(dāng)，并對(duì)施工質(zhì)量嚴(yán)格進(jìn)行檢查，就能保證管道防腐的設(shè)計(jì)要求，延長管道的使用年限。
　　
　　石油化工業(yè)
　　
　　國內(nèi)石油與天然氣工業(yè)的輸送管道、埋地金屬罐絕大部分采用石油瀝青外壁防腐。而石油瀝青外防腐管道不宜鋪設(shè)在水下或沼澤及蘆葦?shù)貛�。近年來，國�?nèi)許多大型油漆廠以及石油天然氣行業(yè)都致力于環(huán)氧煤焦瀝青涂料的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用。根據(jù)四川自貢及其附近地區(qū)土壤潮濕、地下水位較高、氯離子和硫酸根離子濃度高、微生物多、植被豐富、根莖多等特點(diǎn)，選用聚氨酯改性環(huán)氧煤焦瀝青涂料作為埋地金屬儲(chǔ)罐外壁防腐，具有附著力好，耐水、耐化學(xué)介質(zhì)、耐微生物腐蝕能力強(qiáng)，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，是理想的涂層品種，且涂料無毒，施工時(shí)對(duì)環(huán)境無污染。
　　
　　造船業(yè)
　　
　　環(huán)氧煤焦瀝青涂料由于具有很好的防水性，可以在嚴(yán)重的腐蝕環(huán)境下保護(hù)金屬基體免遭腐蝕。因此，環(huán)氧煤焦瀝青作為一種常用的涂料成膜物而廣泛應(yīng)用于船舶的重防腐。但在環(huán)氧煤焦瀝青與胺類或聚酰胺類固化劑發(fā)生固化反應(yīng)時(shí)所形成的大分子之間可能形成微孔與微裂紋，使環(huán)氧煤焦瀝青涂層的防護(hù)性能受到損害。因此，通過在涂料中添加玻璃、石墨纖維或者TiO2、SiO2顆粒在金屬基體表面形成復(fù)合涂層，以改善環(huán)氧煤焦瀝青涂層的結(jié)構(gòu)、光學(xué)以及導(dǎo)電性。采用10%納米鈦粉改性環(huán)氧煤焦瀝青涂層并研究其在流動(dòng)人工海水中的性能，結(jié)果證明在4種不同流速的實(shí)驗(yàn)中，涂層電阻在所測(cè)試期間都保持具有較好的防護(hù)性能。

　　運(yùn)輸業(yè)
　　
　　我國鐵路貨車用的醇酸厚漿漆涂裝體系在耐磨、防腐性能方面存在嚴(yán)重不足，很難適應(yīng)鐵路貨車防腐要求。某些運(yùn)煤車在運(yùn)行幾個(gè)月后便出現(xiàn)漆膜大面積脫落，車體嚴(yán)重腐蝕，被迫停運(yùn)檢修，這對(duì)鐵路貨運(yùn)的發(fā)展形成了嚴(yán)重的制約。彭時(shí)貴[10]等根據(jù)鐵路貨車的特點(diǎn)和要求，采用綜合性能較好的環(huán)氧樹脂與改性酚醛胺固化劑作為主要成膜物質(zhì)，用經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面處理的玻璃鱗片作為主要填料，輔以多種性能優(yōu)異的助劑制得環(huán)氧瀝青玻璃鱗片涂料。涂料綜合性能完全可以與進(jìn)口同類產(chǎn)品相媲美，而價(jià)格僅為進(jìn)口同類產(chǎn)品的60%~70%。在鐵路貨車上使用效果良好，因此該涂料完全可以替代進(jìn)口，作為醇酸厚漿漆的更新?lián)Q代產(chǎn)品，以滿足飛速發(fā)展的鐵路貨運(yùn)的需要。
　　
　　研究進(jìn)展
　　
　　近年來世界各個(gè)國家對(duì)VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放限制要求越來越高，且許多國家都制定了相關(guān)的法規(guī)來約束、引導(dǎo)涂料工業(yè)朝有利于世界環(huán)境的方向發(fā)展。而目前的環(huán)氧煤焦瀝青涂料產(chǎn)品的溶劑含量在20%以上，有的甚至高達(dá)50%[11]，施工中有大量溶劑揮發(fā)，污染了環(huán)境，影響操作人員身體健康。作為涂料工業(yè)中占著極為重要地位的防腐類涂料正朝低VOC的無溶劑、高固體分及水性涂料體系轉(zhuǎn)變。
　　
　　無溶劑環(huán)氧煤焦瀝青涂料是在溶劑型環(huán)氧煤焦瀝青涂料的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的新品種。采用以E51為主的混合環(huán)氧樹脂和自主研制的一種新型環(huán)氧樹脂固化劑改性蒽油與煤焦瀝青的混合物，制得無溶劑環(huán)氧煤焦瀝青涂料。該涂料不含溶劑，除具有溶劑型環(huán)氧煤焦瀝青涂料的優(yōu)良電絕緣性、抗微生物侵蝕性及耐化學(xué)品性外，其附著力、低吸水率、抗陰極剝離等性能也大大提高。
　　
　　將精細(xì)水洗石英粉添加入環(huán)氧煤焦瀝青涂料中，制備出高固體分環(huán)氧煤焦瀝青砂漿涂料。這種高固體分涂料不但符合環(huán)保需求，同時(shí)由于涂料的固體含量高(>96%)和單位涂布率高而相對(duì)可減少涂料使用量，一道施工即可獲得所需膜厚，減少施工道次及涂刷費(fèi)用，節(jié)省重涂間隔時(shí)間，特別適宜空氣不流通的場(chǎng)合。由于其性能優(yōu)于普通溶劑型環(huán)氧煤焦瀝青涂料，可應(yīng)用于碼頭、埋地管道、海洋設(shè)施、貯罐、艙室等。
　　
　　將煤焦瀝青和環(huán)氧樹脂預(yù)乳化后，再用水性聚酰胺固化劑乳化，制得水性環(huán)氧煤焦瀝青涂料。這種水性涂料使用時(shí)安全方便，有利于環(huán)境保護(hù)和使用者的健康；其性能同溶劑型環(huán)氧煤焦瀝青涂料相當(dāng)，適合于工業(yè)涂裝，特別是地下室、水下等相對(duì)潮濕、封閉的環(huán)境。
　　
　　可是其色較深、不能制成淺色涂料，對(duì)面涂滲色嚴(yán)重，仍需考慮助劑的毒性等。
　　
　　3前景展望
　　
　　環(huán)氧煤焦瀝青涂料的研究起步雖早，但在推廣應(yīng)用方面進(jìn)展較為緩慢。涂料的整體性能還需改善，應(yīng)用領(lǐng)域也有待拓展。美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)所在一個(gè)受氚污染實(shí)驗(yàn)室的退役過程中將瀝青涂料應(yīng)用于封閉氚污染不銹鋼，能有效地防止氚擴(kuò)散，取得良好的封閉效果。而國際原子能機(jī)構(gòu)一份含氚及14C的廢物管理報(bào)告中提到采用環(huán)氧材料與其他材料結(jié)合的涂層或用煤焦油涂料作涂層時(shí)，能降低混凝土中放射性核素氚的釋放率。據(jù)此作者認(rèn)為研究一種新配方的低VOC環(huán)氧煤焦瀝青涂料應(yīng)用于輻射防護(hù)是值得探索的一個(gè)領(lǐng)域。

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