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刷涂聚脲在石油化工行业的应用探讨
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 双组份脂肪族刷涂聚脲在石油化工行业的应用探讨
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&广州市金铂尔化工有限公司，广州
双组份脂肪族刷涂聚脲是一种可手工施工，性能优异的高分子材料，既可做成硬度高达2H的刚性涂膜，也可以做成断裂伸长率400%、拉伸强度25Mpa的弹性材料。耐黄变性好，加速老化试验可达4000h，物理力学性能优异，对基材的粘结力强，施工简便灵活。已在高铁、建筑、水电、风电、水上乐园、污水处理等防水防腐领域广泛应用。是一种值得大力推广的新型防水防腐抗冲耐磨材料。
关键词：双组份刷涂聚脲，防腐涂料，防水涂料，抗冲耐磨
双组份脂肪族刷涂聚脲是一种慢反应型聚脲，属于第三代聚脲。其涂料组份由位阻型仲氨基天冬树脂组成，固化剂由脂肪族异氰酸酯或其预聚体构成。由涂料和固化剂现场反应形成致密的涂膜，其各项性能优异，耐候性好，物理力学性能可以和喷涂聚脲相媲美。能代替喷涂聚脲用于防水、重防腐等领域。刷涂聚脲克服了传统喷涂聚脲由于反应速度过快，需要专用的高温、高压设备施工的弊端，可以按常规涂装方法施工，能够一劳永逸地解决防水、防腐中的疑难问题，其特点是：
1.&&&&&& 双组分，环保高固含，现场即配即用，施工方便灵活，可采用手刷、辊涂、刮涂、普通喷涂、普通无气喷涂等多种方式施工。
2.&&&&&& 附着力优越，与底材具有超强的附着力，可应用于金属基面、混凝土基面、瓷砖基面等。
3.&&&&&& 涂膜整体无缝，无缺陷漏点，并且性能可调，既能做成硬度高达2H的刚性涂膜，又可以做成断裂伸长率高达400%、拉伸强度高达25Mpa的弹性材料。
4.&&&&&& 耐候性能优异，已通过4000h的人工加速老化试验。
5.&&&&&& 耐磨性能优异，弹性涂膜磨耗损失≤10mg（r),刚性涂膜RCA≥400次。
6.&&&&&& 防腐性能好，耐化学介质性能好。
二、金铂尔化工刷涂聚脲系列产品介绍
广州市金铂尔化工有限公司致力于双组份双组份脂肪族刷涂聚脲的研发生产。产品分为聚脲刚性涂料和聚脲弹性涂料，前者用于金属基材的防腐蚀涂装，后者用于混凝土基材的防水防腐及金属基材的抗冲耐磨涂层。
1、T300系列刷涂聚脲刚性重防腐涂料
金铂尔刚性聚脲涂料T300系列专用于金属基材的重防腐涂装，硬度1-2H，耐紫外线最高可达4000h，可与氟碳涂料耐候性相媲美（其性能见表1）。涂层有极高的交联密度和屏蔽性，耐酸碱性好，耐氯离子渗透能力强，能够有效阻止环境中的水、氧气、氯离子等腐蚀性因子侵入基材，有效延长设施的使用寿命，减少钢结构设施的维修费用。
T300聚脲重防腐涂料作为超高耐候性的面漆涂层，与环氧富锌底漆、环氧云铁中涂漆配合，组成长效的防腐蚀涂层，防腐蚀效果可达30年以上。环氧富锌底漆做为防腐蚀底漆，锌粉起牺牲阳极作用，有优良的耐盐雾性能，能阻止电化学腐蚀在金属基面的扩展。环氧云铁中涂层主要起屏蔽作用，其中的填料云母氧化铁是片状结构，层层平铺叠加起到迷宫效应，最大限度地延缓腐蚀因子（H2O，O2，Cl-）向基材的渗透。聚脲面漆的作用是屏蔽紫外线对整个涂层的破坏。如此完整的涂装体系，使各涂层取长补短，能同时防腐蚀、屏蔽、抗紫外线，发挥最佳的协同效应。非常适合于石油及石油化工各种设施的长效防腐蚀涂装。可用于石油储罐外壁、输油管道、天然气管道、海上采油平台等曝露于严酷的腐蚀环境中的钢结构的涂装保护[1]。
表1&& T300系列脂肪族聚脲防腐涂料性能指标
固体含量（%）
细度（um）
表干时间 h
实干时间 h
&施工期限 h
耐冲击 kg.cm
附着力（划格法）
耐碱性 240h
漆膜完好，无异常
10%NaOH溶液
耐酸性 240h
漆膜完好，无异常
10%H2SO4溶液
耐机油 240h
漆膜完好，无异常
冷热交替循环（3个循环）
漆膜完好，无异常
一个循环：
-20℃×1h→
耐盐雾 2000h
配套环氧富锌底漆
耐人工老化4000h（QUV313nm）
色差△E=2.9
& 失光率 15%
水蒸气渗透率g/（m2.d.kpa）
涂层厚度245um
耐水性（1000h）
无气泡、无锈蚀
氯离子渗透率mg/(cm2.d)
JTJ/T275-2000
涂层厚度300um
2、刷涂聚脲弹性体涂料
金铂尔弹性聚脲涂料包括T100无溶剂中涂漆和T200耐黄变的脂肪族聚脲面漆两个系列，延伸率在300-500%，拉伸强度为10-25MPa，专用于混凝土基材防水和防腐，也可用于金属管道内外壁涂装，做耐磨涂层。T100聚脲中涂层与T200脂肪族聚脲面漆组成耐候的防水涂层体系。
弹性刷涂聚脲涂料的性能见表2，主要性能包括:①延伸率高，拉伸强度大；②耐磨性好；③耐紫外线好；④机械强度高,粘结力强,抗冲击能力强,搬运吊装过程中不易损伤;⑤能耐浓度为10%的强酸和10%的强碱；耐盐性能稳定,可以在海洋环境下使用;⑥施工方法简便，手工刷涂或喷涂;环保型材料,对生态环境无污染[2]。
表2& T100/T200脂肪族刷涂聚脲弹性涂料指标
无溶剂刷涂聚脲防水涂料
脂肪族刷涂聚脲面漆
拉伸强度/MPa
断裂延伸率/%
不透水性/30min
低温柔性/°C
对混凝土粘结力/MPa
耐磨性（r）
刷涂、辊涂、喷涂
刷涂、辊涂、喷涂
耐酸性（10%H2SO4溶液,240h）
漆膜完好，无起泡现象
漆膜完好，无起泡现象
耐碱性（10%NaOH溶液,240h）
漆膜完好，无起泡现象
漆膜完好，无起泡现象
耐盐水性(3%NaCl)h
耐紫外线&& QUV313nm
不起泡、不开裂，轻微黄变
1500h不黄变，不起泡、不开裂
干燥时间&& 表干
干燥时间&& 实干
2．1& T100/T200系列聚脲弹性涂料在石油系统中的应用
2.1.1 输油金属管道抗冲耐磨外壁涂层， 3PE管道的接口、补口。
目前我国埋地钢质管道主干线外防腐层主要采用熔接环氧粉末(FBE)和三层聚乙烯(3PE),3PE结构防腐层目前是我国埋地钢质管道外防腐的首选,它结合了高密度聚乙烯包覆和熔结环氧粉末的优点。该体系环氧粉末与钢管表面结合牢固,利用高密度聚乙烯抗机械损伤,两层之间特殊的胶粘剂层使三者形成分子键结合的复合结构,从而实现了防腐性能、力学性能的良好结合。
根据Q/SYXQ5—2002《西气东输管道工程现场防腐补口补伤施工及验收规范》规定,采用熔结环氧粉末涂料、液体环氧涂料(无溶剂型)和热收缩套用于管道的补口。补口材料及结构应与主体防腐层一致,补口后应达到主体防腐层的各项性能指标。熔结环氧粉末(FBE)补口采用现场喷砂除锈、静电加热喷涂工艺,一次成膜。这种补口的优点是熔结环氧粉末涂层对管道基体附着力强,抗土壤应力能力好,综合防腐效果好。缺点是抗机械破坏能力较差,对管道的表面处理要求高,难度大,施工要求严格,常见的质量问题是环氧粉末未熔化、未固化及搭接部位粘结失效,造成漏点较多,补口质量很难达到要求。液态环氧涂料(无溶剂)补口主要用于管道环焊的接口处和弯头处。这种补口的优点是能够在常温的条件下进行防腐施工,既可手工涂覆又可机涂,质量容易保证,形成的涂层坚硬、光滑,具有良好的耐酸碱性,维护方便。缺点是:不能用于PE的补口(与PE不粘结),受环境和操作人员的熟练程度影响较大,特别是冬季施工易产生漏点。另外,与石油沥青类似,液态环氧涂料与FBE都属可渗透性涂层,补口处的液态环氧涂料和FBE都存在漏点,漏点处的粘结强度降低,易发生阴极剥离,在漏点附近起泡,从而形成高pH值下的应力腐蚀开裂。热收缩套(带)补口目前应用最为广泛,可在100℃下使用。这种补口的优点是可以用于3PE和FBE补口。缺点是在施工过程中,对管体预热温度和热收缩套(带)的加热温度要求高,管体预热温度不够或热收缩套(带)加热不够,热熔胶未熔融都将大大影响粘结性能,从而容易造成热收缩套(带)内外表面起皱、失粘,导致粘结密封不良;热收缩套(带)温度过高又将使外层聚乙烯焦化,破坏补口的完整性;要保证热收缩套(带)的均匀收缩,对操作人员的技术要求较高;热收缩套(带)在施工过程中还必须有加热装置。有资料表明,热收缩施工合格率在50%左右,对全部采用热收缩套补口的某条长110km的三层聚乙烯防腐管道的调查,有漏点的补口高达80%,由于补口失败,导致管道严重腐蚀[3]。&&&&&&&& &&
刷涂聚脲弹性涂料是新型防腐及补口材料
刷涂聚脲涂层是柔韧、牢固、一体无缝的弹性涂膜,具有良好的防水、耐化学腐蚀、抗冲击和耐磨性能。同时,又具有高抗张强度和良好的柔韧性、延伸率,能避免因基材移动而产生的开裂现象。聚脲涂料用于管道外防腐和补口、补伤,是一种理想的选择。国际上主要的管道公司都非常看好聚脲的优越特点,因为它不仅拥有独特的性能,而且施工工艺简单。直管部分可在工厂预制完成,接头、弯头和修补处在现场喷涂连接。其中聚脲连接面经特殊处理后能保持高分子链的连续性和完整性, 使整个管道系统密封完整形成连续的无缝涂膜。
通过对管道防腐补口材料进行对比,聚脲涂料作为一种新型的防腐和补口材料,凭借其优异的综合性能和施工工艺可以用于长输管道的防腐和补口。聚脲涂层在油气长输管道的应用,国外已有近10年的时间,取得了非常好的防腐效果和经济、社会效益,我国在这方面的研究和应用才刚刚起步。
2.2石油化工行业混凝土管道内壁、外壁的防水防腐
T100聚脲弹性涂料能很好的保护钢筋混凝土结构。防止腐蚀性介质如氯离子、水、O2，CO2、SO2-4,对钢筋混凝土的腐蚀。涂膜优异的抗冲耐磨性能避免含砂水流对水泥基面的冲蚀，延长混凝土管道的使用寿命[4]。
2.3石化行业污水处理池的混凝土内壁防护
污水中的各种离子、酸性物质、氧化性物质都会对混凝土及内部钢筋产生腐蚀破坏，必须对其进行有效保护。涂装1-2mm厚T100聚脲弹性涂膜，能有效阻止腐蚀性介质的渗透。其优异的耐酸、耐碱、耐介质能力，可以保证聚脲涂膜本身能抵挡污水中各种介质的腐蚀。聚脲涂膜有优异的延伸率和抗拉强度，可保证在混凝土基面发生水平或垂直方向位移的情况下，能最大限度地保持涂膜的连续性而不开裂，从而达到最佳的保护效果。
三、涂装工艺
聚脲刚性涂料在金属基材上的施工工艺：
1、钢结构表面喷砂除锈至2.5级，或手动除锈至St3级。
2、喷涂环氧富锌底漆50-100u m
3、喷涂环氧云铁中涂漆100-150u m
4、喷涂脂肪族聚脲防腐面漆75-125u m
施工采用辊涂、高压无气喷涂、空气喷涂均可。
涂装后应对涂膜认真维护，在固化前应避免雨淋、曝晒及践踏，吊装搬运过程中应采取适当防护措施，尽量减少对涂层的损伤。
聚脲弹性涂料在混凝土基材上的施工工艺：
1、基面处理：打磨清理混凝土基面，使基面平整，裂纹、空洞处用弹性防水腻子修补；
2、刷涂封闭底涂：使用专用封闭底漆打底，封闭混凝土表面毛细孔中的空气和水分，对潮湿基面，用高渗透环氧底漆KH-7作为封闭底漆，该底漆不仅有优异的渗透能力（能渗透基材2mm以上），同时具有在潮湿基面排水置换的功能；
3、施涂T100刷涂聚脲防水涂料。刷涂、滚涂或高压无气喷涂T100双组份脂肪族刷涂聚脲中间涂料，达到规定的厚度。抗冲耐磨涂层一般要求在2.0mm以上，防水涂层在0.6-2.0mm。
金属内外壁耐磨层：在喷砂的金属基面上，直接涂装2.0mm 厚T100聚脲涂料，与金属粘结力可达10MPa。具有优异的耐磨蚀、抗含泥沙水流冲击及防腐蚀作用。
4、脂肪族聚脲面漆层，外露部位滚涂一道T200双组份脂肪族刷涂聚脲面漆层，厚度为0.2-0.4mm，作为耐紫外线的保护层。
双组份脂肪族刷涂聚脲是一种可手工施工，性能优异的高分子材料，既可做成硬度高达2H的刚性涂膜，也可以做成断裂伸长率400%、拉伸强度25Mpa的弹性材料。耐黄变性好，物理力学性能优异，对基材的粘结力强，施工简便灵活。已在高铁、建筑、水电、风电、水上乐园、污水处理等防水防腐领域广泛应用。是一种值得大力推广的新型防水防腐抗冲耐磨材料。
[1]张余英，超长寿命聚天门冬氨酸酯重防腐涂料的研制 [J]中国涂料 2012,No.5,P:38-40
[2]黄微波，喷涂聚脲弹性体技术，化学工业出版社， 2005
[3]梁根选，王琪，王惠，聚脲涂料在埋地钢制管道防腐及补口中的应用探索 [J]焊管 2009, No.10,P:30-32
[4]朱祖熹,陆明，柳献编著， 隧道工程防水设计与施工& 第一版.北京：中国建筑工艺出版社 2012
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