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在國際上將水深超過300 m的環(huán)境稱為深海環(huán)境，深海油氣資源開發(fā)正成為世界石油工業(yè)的主要增長點(diǎn)和科技創(chuàng)新前沿。與傳統(tǒng)的海洋腐蝕環(huán)境相比較，深海環(huán)境除了高靜水壓力外，還涉及到低溫、無法維護(hù)以及與陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)等特點(diǎn)。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外針對(duì)不同的涂層及配套體系在淺海環(huán)境中的防腐蝕以及防腐失效行為和機(jī)理都已有了較深入且成熟的研究，同時(shí)針對(duì)淺海環(huán)境防腐蝕的要求設(shè)計(jì)了不同的配套體系。

然而，隨著海水深度的增加，溫度、溶解氧的變化，海水靜壓力增大，將會(huì)對(duì)腐蝕性介質(zhì)在有機(jī)涂層中的滲透行為和涂層的微觀力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響，直接影響涂層的防護(hù)性能和使用壽命。在世界范圍內(nèi)，歐美日等發(fā)達(dá)國家已開展了深海腐蝕問題的研究工作，而我國在此方面的研究則剛剛起步。深海的特殊腐蝕環(huán)境對(duì)防腐蝕涂料的性能提出了新的要求。

本研究利用高溫高壓腐蝕試驗(yàn)釜和電化學(xué)試驗(yàn)站等設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)室模擬深海環(huán)境，開展有機(jī)涂層體系在深海環(huán)境下防腐失效行為的研究，梳理出深海環(huán)境防腐涂層破壞的主要因素，從而指導(dǎo)防腐涂料配方設(shè)計(jì)，開發(fā)出適用深海環(huán)境腐蝕防護(hù)的有機(jī)涂料。

深海耐溫耐壓涂料的技術(shù)要點(diǎn)

由于深海環(huán)境下涂層一般與陰極保護(hù)聯(lián)合使用，深海環(huán)境除了要求涂層具有優(yōu)異的耐高壓腐蝕外，還需要涂層具有優(yōu)異的抗陰極剝離性能和屏蔽作用；同時(shí)，最終研制的環(huán)氧重防腐涂料還需要具有高固含、快干、低溫固化、機(jī)械性能優(yōu)異及通用性等特征。該涂料的研制需要從環(huán)氧樹脂、液體改性樹脂、胺類固化劑、功能性助劑及顏填料等多方面考慮，特別需要重點(diǎn)考察的是非浮型鋁粉的選擇。

試驗(yàn)部分

原材料

環(huán)氧樹脂：南亞（昆山）環(huán)氧樹脂有限公司；分散劑：德國畢克化學(xué)公司；功能助劑：埃夫科納助劑有限公司；有機(jī)胺：卡德萊公司；鋁粉漿：濟(jì)南金思帝顏料科技有限公司；鈦白粉：美國杜邦公司；改性環(huán)氧樹脂：自制；填料：南風(fēng)化工集團(tuán)有限公司；防沉劑：日本楠本化成株式會(huì)社；混合溶劑：自制。以上均為工業(yè)品。

涂料及試樣的制備

按照配方設(shè)計(jì)要求分別配制A組分和B組分。然后選用規(guī)格為15 mm×7.5 mm×3 mm的鋼板，按照GB/T 8923.1-2011進(jìn)行噴砂處理，表面狀態(tài)至Sa2½；漆膜噴涂厚度為（150±10） μm，在符合 GB /T 9278-—2008規(guī)定的條件下養(yǎng)護(hù)10 d后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。

結(jié)果與討論

鋁粉對(duì)漆膜耐溫耐壓性能的影響

本項(xiàng)目利用高溫高壓腐蝕試驗(yàn)釜和電化學(xué)試驗(yàn)站等設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)室模擬深海環(huán)境，開展有機(jī)涂層體系在深海環(huán)境下防腐失效行為的研究，利用電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試樣板在高溫高壓環(huán)境（30 MPa，50 ℃）下30 d后的涂層狀態(tài)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，制備涂料時(shí)加入非浮型鋁粉漿，可以顯著提高漆膜在高溫高壓環(huán)境下的防腐蝕能力，漆膜屏蔽作用良好。

固化劑對(duì)漆膜耐溫耐壓性能的影響

環(huán)氧樹脂固化劑是與環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成網(wǎng)狀立體聚合物，把復(fù)合材料骨材包絡(luò)在網(wǎng)狀體之中，使線型樹脂變成堅(jiān)韌的體型固體的添加劑。

綜合考慮成本和施工性能，環(huán)氧防腐涂料比較常見的固化劑為聚酰胺，其涂層的綜合性能好優(yōu)良，但固化速度慢，現(xiàn)場施工中需要一定的活化期；酚醛胺固化劑固化速度快，固化溫度低，性能優(yōu)異。酚醛胺由酚、甲醛和脂肪胺制備，不同類型的胺可制備出各種酚醛胺固化劑。腰果酚改性酚醛胺固化速度快，柔韌性不如聚酰胺，但鹽霧擴(kuò)蝕性能明顯好于聚酰胺。綜合考慮，腰果酚改性酚醛胺和聚酰胺混拼使用，所得固化劑固化速度快，綜合性能優(yōu)異。

選取實(shí)驗(yàn)室常見的聚酰胺、改性聚酰胺、腰果酚改性酚醛胺作為深海耐溫耐壓涂料固化劑，噴涂樣板后進(jìn)行模擬深海耐溫耐壓試驗(yàn)（30 MPa，50 ℃），經(jīng)過30d連續(xù)不間斷試驗(yàn)，最后進(jìn)行電化學(xué)交流阻抗譜測量。

不同固化劑耐溫耐壓試驗(yàn)后的BODE圖

通過上圖可以看出，經(jīng)過30 d的耐溫耐壓試驗(yàn)后，使用腰果酚改性酚醛胺與聚酰胺混拼作為固化劑的樣板，其涂層的阻抗值仍然達(dá)到108 Ω•cm2，說明此時(shí)涂層仍然具備優(yōu)異的屏蔽與防腐性能；

使用改性聚酰胺作為固化劑的樣板，阻抗值降到了106 Ω•cm2以下，可以認(rèn)為其對(duì)鋼板的防護(hù)作用有所下降，但是鋼板還未出現(xiàn)銹蝕；

使用普通聚酰胺作為固化劑的樣板，阻抗值降到104 Ω•cm2，接近裸鋼的阻抗值，說明涂層的屏蔽效果基本消失。其原因可能是海水壓力加速了水向涂層內(nèi)部的滲透，而水的積聚導(dǎo)致涂層鼓泡，使鋼基材直接接觸外部電解質(zhì)，涂層保護(hù)作用完全喪失。

結(jié) 語

通過試驗(yàn)確定添加非浮型鋁粉對(duì)漆膜性能的影響和對(duì)固化劑的篩選，綜合考慮漆膜的物理機(jī)械性能、耐高溫高壓性能等多方面的因素，確定了深海耐溫耐壓涂料配方。對(duì)耐溫耐壓涂料進(jìn)行了各種性能測試，并重點(diǎn)考察了模擬深海高溫高壓環(huán)境對(duì)漆膜性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)的要求。深海耐溫耐壓涂料以優(yōu)異的物理機(jī)械性能，深海環(huán)境下良好的防腐性能，可作為深海環(huán)境下各種設(shè)備設(shè)施的防腐蝕涂料，提供長效的防護(hù)作用。