儲(chǔ)罐外壁防護(hù)用聚脲材料的選型研究

王慧翠，孫漢軍，汪 杰，李江江

（海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071)

聚脲材料優(yōu)異的物理化學(xué)性能及適用性能使該技術(shù)一問世，便得到了迅猛的發(fā)展。目前，該技術(shù)在防水工程、石油化工、機(jī)械設(shè)備、礦山開采、道具制作、車間地坪、體育設(shè)施等工程領(lǐng)域獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［3-5］。本文根據(jù)客戶需求對(duì)幾種典型聚脲產(chǎn)品進(jìn)行了適應(yīng)性評(píng)價(jià)，專門從防腐蝕、耐介質(zhì)等性能進(jìn)行了詳細(xì)的考察已篩選符合客戶需求的產(chǎn)品。

1 聚脲材料的基本介紹

噴涂聚脲彈性體技術(shù)是繼高固體份涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料等低(或無(wú))污染涂裝技術(shù)之后，為適應(yīng)環(huán)保需求而研制、開發(fā)的一種新型無(wú)溶劑、無(wú)污染的綠色施工技術(shù)。與傳統(tǒng)的低(或無(wú))污染涂裝技術(shù)相比，其環(huán)保、節(jié)能、減排的優(yōu)勢(shì)十分突出，非常適合我國(guó)建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展需求。

噴涂聚脲彈性體技術(shù)是在反應(yīng)注射成型（RIM）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。美國(guó)聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)（PDA）對(duì)聚脲的定義是由異氰酸酯封端的預(yù)聚物（A 組分）與氨基化合物組分（R 組分）反應(yīng)生成的高聚物，A組分與R組分通過(guò)高溫高壓設(shè)備噴涂成型。該工藝屬于快速反應(yīng)噴涂體系，原料體系不含溶劑，具有固化速度快，可很方便的在立面和曲面噴涂十幾毫米厚而不流掛等特點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)型涂裝技術(shù)的局限性。

2 典型產(chǎn)品的選擇

針對(duì)客戶的使用需求，作者選擇了某公司生產(chǎn)的三種不同牌號(hào)的噴涂聚脲彈性體材料進(jìn)行對(duì)比性能分析，分別是SPUA-101超重防腐材料、SPUA-102彈性防水材料、SPUA-501耐磨襯里材料，其基本力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。

表1 某公司不同牌號(hào)聚脲材料基本性能Table 1 Basic properties of polyurea materials of different brands in a company

3 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

3.1 一般要求

儲(chǔ)罐用防腐蝕涂料的檢驗(yàn)分物理機(jī)械性能的檢驗(yàn)和防腐蝕性能的檢驗(yàn)，其中涂料的取樣應(yīng)符合GB/T 3186-2006《色漆、清漆和色漆與清漆用原材料 取樣》的規(guī)定，漆膜的制備應(yīng)符合GB/T 1727-1992《漆膜一般制備法》的規(guī)定。

儲(chǔ)罐用防腐涂料的主要物理機(jī)械性能指標(biāo)，應(yīng)符合表2要求。

表2 儲(chǔ)罐用防腐涂料的主要物理機(jī)械性能指標(biāo)Table 2 Main physical and mechanical properties of anti-corrosion coatings for storage tanks

3.2 防腐要求

布置在沿海地區(qū)的成品油罐區(qū)，主要受海洋大氣腐蝕，屬沿海、濕熱地區(qū)，海洋大氣中的鹽份對(duì)儲(chǔ)罐設(shè)備造成強(qiáng)腐蝕。根據(jù)所處的氣候條件、腐蝕性物質(zhì)及作用條件的分析，大氣中腐蝕性物質(zhì)對(duì)儲(chǔ)罐設(shè)備表面的腐蝕程度為強(qiáng)腐蝕。罐壁外表面、拱頂板上表面及其他金屬結(jié)構(gòu)外表面等，要求具有優(yōu)異的耐紫外線、耐鹽霧和耐化工大氣等耐環(huán)境性能，防腐涂料的設(shè)計(jì)壽命一般為7a。

3.3 試驗(yàn)樣板的制作

實(shí)驗(yàn)噴涂用的聚脲噴涂設(shè)備是美國(guó)固瑞克公司生產(chǎn)的H-XP3主機(jī)和GX7-DI噴槍。噴涂時(shí)主機(jī)主要參數(shù)設(shè)定為：液壓壓力2000～2500 psi，主加熱溫度65℃，A料溫度70℃，B料溫度65℃，A組分與B組分的混合體積比為1:1。

測(cè)試用樣板的制作工藝：①將準(zhǔn)備好的鋼板進(jìn)行打磨或噴砂處理，要求打磨或噴砂均勻，無(wú)遺漏；②用抹布蘸溶劑（醋酸丁酯、二甲苯等）將處理好的樣板擦洗干凈，晾干；③按照配套方案，在樣板表面刷涂一道D-31底漆；④底漆固化后，在樣板表面噴涂聚脲彈性體材料，厚度控制在1.5±0.2 mm；⑤聚脲彈性體涂層噴涂完畢后，樣板在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境［溫度(23±2)℃，濕度(50±5)%］下養(yǎng)護(hù)7天，然后進(jìn)行性能測(cè)試。

3.4 涂層性能評(píng)價(jià)方案設(shè)計(jì)

為了延長(zhǎng)儲(chǔ)罐的使用壽命，減少防腐維修的工程量，推薦客戶選用防銹底漆+噴涂聚脲彈性體的配套體系進(jìn)行儲(chǔ)罐的外壁防腐，其中防銹底漆選用某公司的D-31底漆，厚度為30～50 μm；噴涂聚脲彈性體選用某公司的SPUA系列產(chǎn)品，噴涂厚度1.5mm。

根據(jù)使用環(huán)境，制定涂層體系的主要考核指標(biāo)見表3，所有測(cè)試均按照國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行。

表3 儲(chǔ)罐外壁防腐蝕涂料基本性能指標(biāo)要求Table 3 Requirements for basic performance indicators of anti-corrosion coatings for the outer wall of storage tanks

續(xù)表3

為了更好地反映材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能，在上述測(cè)試的基礎(chǔ)上補(bǔ)充對(duì)材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能處理后材料的本體力學(xué)性能變化。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 常規(guī)性能的對(duì)比

按照標(biāo)準(zhǔn)方法制樣后，對(duì)噴涂聚脲材料進(jìn)行常規(guī)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 噴涂聚脲材料常規(guī)性能對(duì)比Table 4 Comparison of conventional properties of sprayed polyurea materials

通過(guò)噴涂聚脲材料常規(guī)性能測(cè)試結(jié)果可以看出：①三個(gè)牌號(hào)的噴涂聚脲材料基本性能均可滿足儲(chǔ)罐外壁的性能指標(biāo)要求；②從初始力學(xué)強(qiáng)度看，SPUA-101超重防腐材料最好，SPUA-102彈性防水材料最差，SPUA-501耐磨襯里材料介于兩者之間；三種噴涂聚脲材料硬度、柔韌性、附著力、耐沖擊性以及干燥時(shí)間相差不大。

4.2 耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能的對(duì)比

按照標(biāo)準(zhǔn)方法制樣后，對(duì)噴涂聚脲材料進(jìn)行耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 噴涂聚脲材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能對(duì)比Table 5 Comparison of environmental resistance and dielectric resistance of sprayed polyurea materials

通過(guò)噴涂聚脲材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能測(cè)試結(jié)果可以看出，三個(gè)牌號(hào)的噴涂聚脲材料耐環(huán)境性能和耐介質(zhì)性能均可滿足儲(chǔ)罐外壁的性能指標(biāo)要求。

4.3 耐環(huán)境和耐介質(zhì)試驗(yàn)后力學(xué)性能的對(duì)比

為了更好地反映材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能，進(jìn)行了材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)性能處理后本體力學(xué)性能的測(cè)試，分析了耐中性鹽霧、耐紫外老化和耐油性處理后材料拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及撕裂強(qiáng)度的變化。測(cè)試結(jié)果見表6～表8。

表6 噴涂聚脲材料耐中性鹽霧后力學(xué)性能對(duì)比Table 6 Comparison of mechanical properties of sprayed polyurea against neutral salt spray

表8 噴涂聚脲材料耐油處理后力學(xué)性能對(duì)比Table 8 Comparison of mechanical properties of sprayed polyurea after oil resistance treatment

通過(guò)噴涂聚脲材料耐環(huán)境和耐介質(zhì)處理后力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果：

①通過(guò)表6數(shù)據(jù)可以看出，噴涂聚脲材料具有良好的耐鹽霧性能，中性鹽霧2000h后所有牌號(hào)性能保持率均超過(guò)90%。但是由于SPUA-102彈性防水材料初始伸長(zhǎng)率較低，鹽霧處理后斷裂伸長(zhǎng)率為285%，低于指標(biāo)的300%要求。

②通過(guò)表7數(shù)據(jù)可以看出，SPUA-101超重防腐材料具有更好的耐紫外老化性能，紫外老化2000h后性能保持率接近90%，SPUA-102彈性防水材料和SPUA-501耐磨襯里材料性能保持率相差不大，保持率為80%左右。同樣由于SPUA-102彈性防水材料初始強(qiáng)度較低，紫外老化處理后斷裂伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度均低于指標(biāo)要求。

表7 噴涂聚脲材料耐紫外老化后力學(xué)性能對(duì)比Table 7 Comparison of mechanical properties of sprayed polyurea after UV aging resistance

③通過(guò)表8數(shù)據(jù)可以看出，SPUA-101超重防腐材料和SPUA-501耐磨襯里材料具有更好的耐油性能，耐汽油23±2 ℃、30天后性能保持率85%左右，SPUA-102彈性防水材料性能保持率為80%左右。同樣由于SPUA-102彈性防水材料初始強(qiáng)度較低，耐油處理后斷裂伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度均低于指標(biāo)要求。

5 結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果三個(gè)牌號(hào)的噴涂聚脲材料基本性能均可滿足儲(chǔ)罐外壁的性能指標(biāo)要求；噴涂聚脲材料均具有良好的耐鹽霧性能，SPUA-101超重防腐材料具有更好的耐紫外老化性能。SPUA-101超重防腐材料和SPUA-501耐磨襯里材料具有更好的耐油性能。綜合產(chǎn)品性能以及材料成本考慮，推薦用戶選擇SPUA-101超重防腐材料作為最終的配套聚脲產(chǎn)品，為儲(chǔ)罐提供有效的防腐保護(hù)。