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在石油石化工業(yè)中，油田油氣集輸管道、注水井、原油分離器、換熱器等一些設(shè)備的內(nèi)壁腐蝕情況非常嚴(yán)重，除了單純的高溫、介質(zhì)腐蝕破壞之外，還常常伴有設(shè)備間的摩擦、液態(tài)輸送介質(zhì)沖刷等機(jī)械性破壞。對(duì)比液體介質(zhì)的腐蝕作用，原油和油田污水等介質(zhì)對(duì)管道設(shè)備的損壞最為嚴(yán)重，其成分復(fù)雜，溶解了復(fù)雜的鹽類(lèi)和氣體，在采油過(guò)程中還攜帶了許多泥沙顆粒等，在輸送過(guò)程中對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕性強(qiáng)，沖刷磨損能力大，較為有效的防腐措施是涂刷耐磨蝕和耐化學(xué)品等性能優(yōu)異的柔性陶瓷重防腐涂料。

柔性陶瓷涂料是以環(huán)氧樹(shù)脂為成膜物質(zhì)，陶瓷粉作為耐磨填料的可常溫固化的雙組分涂料，涂層同時(shí)具有陶瓷的剛性和樹(shù)脂的韌性。近年來(lái)，隨著相關(guān)領(lǐng)域防腐蝕需求日益增加，一些國(guó)際公司陸續(xù)推出了重防腐耐磨陶瓷涂料的概念和相關(guān)產(chǎn)品，美國(guó)Freecom公司設(shè)計(jì)配置了賽克54（CK-54）先進(jìn)陶瓷涂層材料、韓國(guó)京興產(chǎn)業(yè)（株）會(huì)社研制生產(chǎn)的Atometal金屬陶瓷涂料以及德國(guó)CeramicPolymerGmbh公司開(kāi)發(fā)的CP陶瓷油漆已在石油石化許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且效果較好。

目前國(guó)內(nèi)涂料公司在柔性陶瓷重防腐涂料領(lǐng)域還沒(méi)有性能優(yōu)異的產(chǎn)品?；谝陨媳尘埃槍?duì)這些特殊腐蝕環(huán)境，本文研制了一種高耐磨柔性陶瓷重防腐涂料，具備耐磨蝕、耐高溫、耐化學(xué)品性等綜合性能，滿足海上平臺(tái)及海上油氣生產(chǎn)等一些處于特殊腐蝕環(huán)境下的裝備和設(shè)施如集輸管道、原油分離器、開(kāi)排沉箱、彎管等所需的耐沖刷磨蝕、耐溫及耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的需求。

酚醛環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F環(huán)氧樹(shù)脂：臺(tái)灣南亞公司；脂環(huán)胺固化劑：美國(guó)氣體化學(xué)公司；二氧化鈦：金紅石型；分散劑：畢克公司；消泡劑：BASF公司；碳化硅：山田研磨材料有限公司；氧化鋁：山東無(wú)棣齊星鋁材有限公司；溶劑均為市售的工業(yè)品；稀釋劑：自制。

按表1配方依次加入酚醛環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F環(huán)氧樹(shù)脂、混合溶劑、分散劑和消泡劑攪拌均勻，然后加入觸變劑、顏料和填料，攪拌均勻后進(jìn)行研磨，直至達(dá)到規(guī)定細(xì)度，調(diào)節(jié)黏度，得到柔性陶瓷涂料A組分。

表1柔性陶瓷涂料基礎(chǔ)配方

用于附著力（劃格法）、柔韌性、耐沖擊性測(cè)試的樣板均按照相關(guān)化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求制備，涂膜采用空氣噴涂法，其膜厚均在（20±3）μm；拉開(kāi)法附著力、耐鹽霧、耐酸、耐堿測(cè)試采用3mm鋼板，其制備過(guò)程如下：樣板表面除油噴砂處理，對(duì)樣板背面噴涂環(huán)氧厚漿型涂層進(jìn)行保護(hù)處理，空氣噴涂柔性陶瓷涂料，膜厚250μm。

柔性陶瓷涂料的性能測(cè)試方法見(jiàn)表2。

表2柔性陶瓷涂料性能測(cè)試方法 

2.1.1基體樹(shù)脂的選擇

該柔性陶瓷重防腐涂料主要應(yīng)用于沖刷磨損、化學(xué)品介質(zhì)以及高溫等腐蝕環(huán)境，而傳統(tǒng)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂-聚酰胺固化劑由于其交聯(lián)密度低，因此其耐磨、耐溫、耐溶劑和耐化學(xué)品性能欠佳。而且該體系玻璃化溫度在50℃左右，介質(zhì)溫度高于玻璃化溫度時(shí)，腐蝕介質(zhì)對(duì)涂層的滲透性大大提高，因此其耐介質(zhì)溫度只能低于其玻璃化溫度。為了解決普通環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)上述腐蝕環(huán)境防腐能力的不足，在對(duì)傳統(tǒng)樹(shù)脂體系的交聯(lián)密度以及玻璃化溫度進(jìn)行提升的同時(shí)，還要保證樹(shù)脂和固化劑在常溫下能夠充分固化。

酚醛環(huán)氧樹(shù)脂官能度大，若采用同一固化劑，酚醛環(huán)氧樹(shù)脂最終固化成膜的交聯(lián)密度較大，玻璃化溫度也較高，因此本研究選擇酚醛環(huán)氧樹(shù)脂作為柔性陶瓷涂料的主體樹(shù)脂。但是，交聯(lián)密度太大會(huì)使涂料剛性太強(qiáng)，機(jī)械性能變差，且玻璃化溫度太高會(huì)使固化反應(yīng)不完全，影響涂料耐化學(xué)品性能。雙酚F環(huán)氧樹(shù)脂按照分子結(jié)構(gòu)也屬于酚醛環(huán)氧樹(shù)脂，但其官能度相對(duì)較低、黏度低、體系玻璃化溫度也較低。因此，本研究選擇酚醛環(huán)氧樹(shù)脂與雙酚F樹(shù)脂混合使用，在控制A組分固含量以及其他組分比例不變的情況下，選擇脂環(huán)胺作為固化劑，加入一定量增塑劑，研究不同樹(shù)脂配比對(duì)涂料黏度、物理機(jī)械性能、耐磨、耐酸以及耐熱水性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3不同樹(shù)脂配比對(duì)陶瓷涂料性能影響

從表3可以看出，酚醛環(huán)氧樹(shù)脂含量太高，涂料物理機(jī)械性能及耐酸和耐高溫水性能較差，這是由于涂料交聯(lián)密度太高使涂膜過(guò)于剛硬且涂料固化程度較低造成；但雙酚F樹(shù)脂含量高，則涂料耐磨性能變差。綜合考慮涂料各種性能，選擇m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3作為柔性陶瓷涂料樹(shù)脂體系。

2.1.2固化劑的選擇

傳統(tǒng)聚酰胺固化劑雖然防腐性和耐水性比較優(yōu)異，但其固化體系的耐化學(xué)品性、耐磨性較差。而耐化學(xué)品性較好的芳香胺固化劑在常溫下無(wú)法與酚醛環(huán)氧樹(shù)脂充分固化且其毒性較大。脂肪胺固化劑在常溫下與酚醛環(huán)氧樹(shù)脂有較高的固化程度，但其固化物的耐化學(xué)品性不如脂環(huán)胺固化劑。雖然脂環(huán)胺固化劑與酚醛環(huán)氧樹(shù)脂完全反應(yīng)玻璃化溫度較高，但因樹(shù)脂中含有玻璃化溫度較低的雙酚F樹(shù)脂。因此，本研究選擇常溫下可以充分固化，同時(shí)固化物耐磨性、耐化學(xué)品性比較優(yōu)異的脂環(huán)胺作為固化劑。脂環(huán)胺固化劑的種類(lèi)比較多，選擇2種不同結(jié)構(gòu)的脂環(huán)胺固化劑A和B（分子結(jié)構(gòu)如圖1）進(jìn)行性能對(duì)比，按照基礎(chǔ)配方，其中樹(shù)脂為m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3，顏基比為3.5∶1，陶瓷粉選擇氧化鋁碳化硅云母粉復(fù)配，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同固化劑對(duì)陶瓷涂料性能影響

從表4可以看出，固化劑A的性能優(yōu)于固化劑雖然固化劑B的官能度大于固化劑A，但是由于有1個(gè)氨基基團(tuán)位于分子中間，較難與樹(shù)脂中的環(huán)氧基團(tuán)反應(yīng)，造成固化程度不足，因此對(duì)涂料耐化學(xué)品性造成不良影響。本研究選擇固化劑A（異佛爾酮二胺）作為柔性陶瓷涂料固化劑，其分子結(jié)構(gòu)中既含有脂環(huán)胺的結(jié)構(gòu)又含有脂肪胺的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)活性較高，反應(yīng)速度較快，常溫下可充分固化且可以減少固化促進(jìn)劑的使用。

圖1 2種固化劑的分子結(jié)構(gòu)圖

同時(shí)，針對(duì)脂環(huán)胺固化的高交聯(lián)密度體系，增塑劑的使用非常重要，其可以降低體系的玻璃化溫度，提高固化程度，增加涂料的柔韌性，一般用于固化液體環(huán)氧樹(shù)脂的脂環(huán)胺固化劑中均含有一定量的增塑劑。苯甲醇作為一種最常用的增塑劑，在環(huán)氧-胺固化體系中廣泛應(yīng)用。但是其使用量過(guò)高會(huì)對(duì)體系的耐化學(xué)品性有很大的負(fù)面影響。本研究通過(guò)試驗(yàn)確定其用量為樹(shù)脂用量的7.5%。

2.1.3顏基比的確定

當(dāng)顏填料PVC較小時(shí)，顏填料對(duì)樹(shù)脂的填充程度不足，體系的致密性較小，因此耐腐蝕介質(zhì)滲透性下降，耐酸、耐化學(xué)品性能下降，且涂料成本上升。若顏填料PVC過(guò)高，大于其CPVC時(shí)，顏填料無(wú)法被樹(shù)脂完全包覆，部分顏填料顆粒游離在樹(shù)脂空間結(jié)構(gòu)空隙之外，導(dǎo)致涂層與基材之間的結(jié)合受到影響，其他耐性以及物理機(jī)械性能也會(huì)下降。以m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3作為柔性陶瓷涂料基體樹(shù)脂，選擇異佛爾酮二胺作為固化劑，保持其他組分含量不變，考察不同顏基比對(duì)陶瓷涂料性能的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 顏基比對(duì)陶瓷涂料性能影響

柔性陶瓷涂料因其耐磨、耐化學(xué)品性能要求，需保證在不超過(guò)顏填料CPVC的前提下，盡量提高顏填料的致密度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)顏基比為3.5∶1時(shí)陶瓷涂料性能最佳，說(shuō)明該配比時(shí)顏填料的體積濃度達(dá)到或接近其臨界體積濃度，因此，陶瓷涂料顏基比選擇3.5∶1。

2.1.4陶瓷粉的選擇

高耐磨性是柔性陶瓷涂料的重要性能指標(biāo)，除了通過(guò)選擇合適的樹(shù)脂和固化劑來(lái)增加體系交聯(lián)密度之外，選擇不同類(lèi)型以及不同粒徑的耐磨陶瓷粉配伍使用也是增加耐磨性的有效方法。同時(shí)，柔性陶瓷涂料為高固含涂料，需選擇吸油量小的填料來(lái)降低涂料黏度。常見(jiàn)的陶瓷粉有氧化鋯粉、氧化鋁粉、氧化硅粉、氮化硼粉、碳化硅粉和莫來(lái)石粉等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇單一品種陶瓷粉作為填料，會(huì)使涂料的綜合性能下降。本研究陶瓷粉選擇氧化鋁、碳化硅和云母粉復(fù)配使用，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試確定其最優(yōu)配比為4∶4∶2。

同時(shí)，選擇不同粒徑的陶瓷粉可以增加耐磨顆粒的致密性以及涂料的硬度，因此可以增加涂料的耐磨性、耐水性以及耐化學(xué)品性。保持其他粉料含量和比例不變，選擇500目、1000目、1500目碳化硅粉混合使用，與純1000目碳化硅粉配方進(jìn)行性能對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同碳化硅目數(shù)對(duì)陶瓷涂料性能影響

從表6可以看出，采用不同目數(shù)的陶瓷粉混合使用，可以明顯增加陶瓷涂料的耐磨性能和耐酸、耐水性能。因此，本研究選擇不同目數(shù)的碳化硅并搭配氧化鋁粉和云母粉共同使用。

以m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3為基體樹(shù)脂，脂環(huán)胺作為固化劑，加入一定量增塑劑苯甲醇并選擇氧化鋁、碳化硅和云母粉作為陶瓷粉，顏基比為3.5∶1制得柔性陶瓷涂料。選擇一種市場(chǎng)上常見(jiàn)進(jìn)口陶瓷涂料與柔性陶瓷涂料進(jìn)行對(duì)比，按照1.4小節(jié)中性能測(cè)試方法對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 柔性陶瓷涂料與進(jìn)口陶瓷涂料綜合性能對(duì)比

從表7可以看出，本研究制備的柔性陶瓷涂料耐化學(xué)品性、耐高溫性能、防腐性能、力學(xué)性能與國(guó)外進(jìn)口陶瓷涂料相當(dāng)，耐磨性能略優(yōu)于進(jìn)口陶瓷涂料。

（1）以m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3為基料，以異佛爾酮二胺為固化劑，顏基比定為3.5∶1，以氧化鋁、碳化硅、云母粉為陶瓷粉，研制出柔性陶瓷重防腐涂料。

（2）所研制的柔性陶瓷涂料具有良好的物理機(jī)械性能以及優(yōu)異的耐磨性能、耐化學(xué)品性能以及耐溫性能，與進(jìn)口陶瓷涂料性能相當(dāng)。該陶瓷涂料可用于油氣集輸管道、注水井、原油分離器、換熱器、彎管等部位所需的耐沖刷磨蝕、耐溫及耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的需求。