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導靜電涂料導靜電性能與防腐蝕性能的關系
作者:無錫中欣防腐設備有限公司 ‖ 時間:2010-12-16 ‖ 來源: ‖ 點擊:4735

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導靜電涂料導靜電性能與防腐蝕性能的關系

2010-12-14     來源:中國表面工程信息網

    摘要:從添加型導靜電涂料的導靜電機理和鋼鐵的防腐蝕原理出發,討論了導靜電涂料導靜電性能與防腐蝕性能的關系,認為具有良好導靜電性能的涂料其防腐蝕性能必然較差的觀點是值得商榷的。分析了市場上三類不同添加型導靜電涂料的優缺點,提出了液體石油儲罐內部的涂裝防護措施,對于儲罐內使用的導靜電涂料,建議適當提高其耐鹽霧性能指標。

    關鍵詞:導靜電涂料;導靜電性;防腐蝕性能;機理

    中圖分類號:TG174文獻標識碼:B文章編號:1005-748X(2009)03-0190-03

    0引言

    石油儲罐的腐蝕與靜電安全問題日益受到關注。采用優良的防腐涂料對儲罐進行保護,對延長使用壽命、減少維護次數、避免腐蝕穿孔、節約資金具有重要意義。汽油、柴油、煤油等輕質油品均是絕緣介質,電阻率在1013Ω·m以上,輸送過程中由于流動、過濾、混合、攪拌、加注、抽提產生的摩擦作用,常會積聚大量靜電荷。當積聚的靜電荷放電能量達到可燃油品蒸氣與空氣混合物的爆炸極限范圍時,隨時可能發生靜電起火、爆炸災害。因此,GB13348-1992“液體石油產品靜電安全規程”和GB15599-1995“石油和石油設施雷電安全規程”規定,石油儲罐防腐涂料必須具有良好的導靜電性能。同時,GB6950-2001“輕質油品安全靜止電導率”附錄D明確規定石油儲罐導靜電涂料面電阻率應限制在105~109Ω·m。由此,市場上一系列導靜電涂料應運而生。

    但是在實踐中發現使用這些具有良好導靜電性能的涂料后,石油儲罐在短暫運行后會頻頻發生腐蝕穿孔的事故[1]。業界由此得出具有良好導靜電性能的涂料其防腐蝕性能必然較差的結論。本文針對這一觀點進行討論。

    1導靜電涂料的導靜電機理

    導靜電涂料分為兩類:即依靠添加導靜電填料起到導靜電效果的添加型導靜電涂料和樹脂基料本身能導靜電的本征型導靜電涂料。由于本征型導靜電涂料價格高,因此市場上使用的基本上是添加型導靜電涂料。

    添加型導靜電涂料按其導靜電填料類型可分為以下三大類:

    金屬系:銀、銅、鎳、鋅等;

    碳系:導靜電石墨或碳黑;

    金屬氧化物系:氧化錫、氧化鋅、氧化銻處理的二氧化鈦、添加銻之氧化錫等。

    添加型導靜電涂料的導靜電機理在文獻[2]中已有較詳細的解釋,即當涂料中導靜電填料的體積濃度低于涂料導靜電的臨界體積濃度時,填料被分隔開不能形成網絡,漆膜表現為不導靜電;當導靜電填料的體積濃度達到涂料導靜電的臨界體積濃度時,填料之間連接接觸形成網絡,漆膜表現為導靜電。添加型導靜電涂料中的導靜電填料具有一定數量的自由電子,能起到導靜電效果,故在油罐內壁表面涂覆導靜電的防腐蝕涂料可以有效導走液體石油表面積累的靜電荷。

    2主要應用標準

    導靜電涂料國家標準和行業標準,主要有GB13348-1992《液體石油產品靜電安全規程》,GB15599-1995《石油和石油設施雷電安全規程》,GB6950-2001《輕質油品安全靜止導電率》,GB16906-1997《石油罐導靜電涂料電阻率測定法》,SY/T0319-1998《鋼制儲罐液體環氧內壁防腐層技術標準》,MHJ5008-199

4《民用機場供油工程建設技術規范》。
    3導靜電涂料的導靜電性能與防腐蝕性能的關系

    在含有水和氧的溶液中,當鋼鐵基材表面涂覆完整的導靜電涂料后,鋼鐵基材將受到保護。水和氧不斷向導靜電涂料內部滲透并最終到達涂料與鋼鐵基材的界面。鋼鐵一旦腐蝕,腐蝕過程將持續進行,且腐蝕速度比裸露在空氣中時更快。由于導靜電涂層厚薄不均,因此先形成局部點蝕。點蝕部位作為小陽極,導靜電涂層作為大陰極的結構將進一步加速點蝕部位的腐蝕,并不斷向縱深方向發展,最終導致腐蝕穿孔。在酸性溶液條件下,H+比水和氧的擴散速度更快,且由于鋼鐵表面不能形成鈍化膜,因此在酸性條件下鋼鐵的腐蝕速度比在中性條件下更快。許多液體石油儲罐經常處于酸性環境下,尤其需要注意對這類儲罐的防腐蝕保護。

    從上述分析可知,在中性條件下,只有水、氧到達導靜電涂層和鋼鐵基材的界面,腐蝕才會發生。在水、氧擴散到鋼鐵基材之前,涂料是否導靜電與其防腐蝕性能并無關系。因此,抗水、氧滲透性對于導靜電涂料及其涂料體系的防腐蝕性能至關重要,在進行導靜電涂料配方設計時應選擇抗水、氧滲透性優異的樹脂作為基料。增加導靜電填料的含量將降低涂料配方中樹脂的含量,且導靜電填料的吸油量越大,消耗的樹脂量也越多。因此選擇吸油量小的導靜電填料,且導靜電填料的含量只要達到涂料導靜電的臨界體積濃度,所設計的配方就能滿足良好的導靜電性能和優異的防腐蝕性能要求。如某防靜電漆采用耐化學品性極佳、結構致密的酚醛環氧樹脂作為基料,胺加成物作為固化劑,并采用特殊處理的摻加銻的氧化錫作為導靜電劑,固化后涂膜色澤較淺,各項性能指標完全滿足GB6950-2001“輕質油品安全靜止電導率”附錄D的要求,經國家涂料質量監督檢驗中心檢測表明厚度為240~260μm的涂膜經過2000h的鹽霧試驗其外觀依然無明顯變化,腐蝕等級為1級,顯示出卓越的防腐蝕性能。如果樹脂和導靜電填料已經選定,雖然增加導靜電填料的量將會增強體系的導靜電性能,但增加的導靜電填料會吸附一定量的樹脂,導致樹脂對導靜電填料包覆不足,造成涂層體系抗水、氧滲透較差,最終降低體系的防腐蝕性能。從這個意義上說,確實導靜電涂料的導靜電性越好,涂層的防腐蝕性能越差。如果樹脂本身就不抗水、氧滲透,即使導靜電填料的量剛剛達到涂料導靜電的臨界體積濃度,導靜電涂層的防腐蝕性能將依然很差;如果進一步增加導靜電填料的量,導靜電涂層的防腐蝕性能就更差了。另外,如果選用的導靜電填料吸油量很大,造成樹脂大量消耗,不能有效填補導靜電填料間的空隙,也將造成導靜電涂層體系抗水、氧滲透差,最終導致導靜電涂層體系的過早失效。如某公司的防靜電漆采用石墨作為導靜電填料,盡管經過大量的實驗配方,其導靜電性符合標準要求,但其防腐蝕作用仍然有限。經國家涂料質量監督檢驗中心檢測表明厚度為240~260μm的涂膜經過1656h的鹽霧試驗,腐蝕等級為1級,其后防腐蝕性能迅速下降,到2000h后腐蝕等級已降至3級。盡管該體系使用了致密性良好的樹脂,但因石墨比表面積很大,吸水性很強,吸油量也較大,其整體防腐蝕性能不及前述的防靜電漆。該涂料一旦發生腐蝕,就與鋼鐵基體表面形成腐蝕電池,作為陽極的鋼鐵腐蝕速度大大增加。

    如果導靜電涂層表面有針孔、劃傷或拉痕等缺陷,缺陷處將成為水和氧通過的快速通道,直接與鋼鐵基材表面相接觸,造成缺陷處鋼鐵的局部腐蝕,且腐蝕速度比裸鋼更快。

局部腐蝕不斷向縱深方向發展,很快導致鋼鐵基材腐蝕穿孔。但是對于富鋅涂料,由于鋅含量很高,具有良好的陰極保護性能,其保護壽命依然較長。如某公司研制的無機富鋅漆經按GB/T10125-1997檢驗表明,110μm的干膜厚度在劃叉條件下,經1200h的鹽霧試驗基體仍未銹蝕,腐蝕等級為1級,檢驗結果同時表明該涂料具有良好的導靜電性能。
    綜上所述,不能一概而論地得出導靜電涂料的導靜電性能越好,涂料的防腐蝕性能越差的結論。研究GB6950-2001“輕質油品安全靜止電導率”附錄D中對于在液體石油儲罐中所要求使用的導靜電涂料指標發現,該標準并沒有涉及導靜電涂料的防腐蝕性能。同時研究SY/T0319-1998“鋼制儲罐液體環氧內壁防腐層技術標準”表2.0.2.3中所列環氧涂料防腐涂層性能指標,要求耐鹽霧500h(按GB/T1771-1991執行)涂層無變化。由于一般送檢的樣品具有一定的厚度,容易滿足耐鹽霧500h無變化的規定,因此市場上導靜電涂料的防腐蝕性能良莠不齊,使用其中防腐蝕性能較差的導靜電涂料就必然導致液體石油儲罐的使用壽命大大縮短。因此,液體石油儲罐中要求使用的導靜電涂料耐鹽霧性能指標應該進一步提高,以保證液體石油儲罐的壽命和安全。

    4液體石油儲罐內部的防護措施

    液體石油儲罐內部不同部位的腐蝕環境不同,腐蝕速度也不同,所采用的導靜電涂料的厚度應該也不同。在罐底和積水層以下部位,由于長年積水,并無導靜電性要求,因此無需采用導靜電涂料,最好采用致密性良好的涂料與陰極保護相結合的聯合防護措施,涂覆的干膜厚度應超過400μm。在罐壁積水層以上部位,腐蝕并不嚴重,但需要疏導油品表面聚集的電荷,因此需采用導靜電涂料,但其干膜厚度可相對較薄。在罐頂區域,由于油品蒸氣聚集導致腐蝕比罐壁嚴重得多,因此需采用較厚的涂料進行涂裝,涂覆的干膜厚度應超過350μm。

    目前市場上的三類導靜電涂料中,碳系導靜電物質主要是石墨和碳黑,其導靜電性較好,價格便宜,但其比表面積大,吸水性強,吸油量高,在配制無溶劑導靜電涂料時添加量稍大時涂料的粘度上升,自流平性變差,只能是黑色或深色,固化的漆膜耐腐蝕性能一般,且會影響油品的理化指標(如膠質、酸度、顏色、儲存穩定性等),近年來已不推薦用于液體石油儲罐內部。金屬系導靜電物質的導電性能好,但金屬粉末比重大,在漆膜中易下沉,與空氣接觸易氧化,導致涂膜導電性能不穩定,且惰性金屬價格很貴,涂料顏色受金屬粉體色限制。富鋅涂料沒有上述缺點,但它的使用會影響到航空煤油的辛烷值,從而影響航空煤油的安全性能。中國民用航空總局(行業)標準MHJ5008-1994《民用機場供油工程建設技術規范》第7.0.2條明確規定:“航空煤油油罐、管道和配件內壁禁止鍍鋅、鍍鎘或涂以富鋅的材料”。因此,該類涂料也不適宜使用于“液體石油”儲罐內壁。金屬氧化物系如氧化錫導靜電涂料則避免了上述缺點,且顏色較淺,易于涂料施工檢查,因此近年來成為液體石油儲罐內部的理想涂料。就涂料配方設計而言,在研制導靜電涂料時,既需要考慮涂料的導靜電性能,同時需更注重涂料及涂料體系的防腐蝕性能,因此必須考慮所選樹脂的致密性和導靜電填料的吸油量等問題。除了需要選擇防腐蝕性能優異的導靜電涂料外,同時需加強施工管理,以保證足夠的涂層干膜厚度并避免任何涂層缺陷。一旦出現任何涂層缺陷,都將加速鋼鐵基材的腐蝕。

 5結論

    盡管使用某些良好導靜電性能的涂料后仍然出現了石油儲罐在短時間內腐蝕穿孔的事故,但不能因此片面地得出具有良好導靜電性能的涂料其防腐蝕性能必然較差的觀點。在研制導靜電涂料時,既需要考慮涂料的導靜電性能,同時必須更注重涂料的防腐蝕性能。建議提高液體石油儲罐中導靜電涂料的耐鹽霧指標,以保證液體石油儲罐的壽命和安全。

    參考文獻:

    [1]宋廣成.油罐內壁防蝕防靜電涂料與涂層結構[J].石油工程建設,2002(1):18-21.

    [2]李榮俊,林可湘,吳國靜,等.石油儲罐內壁防靜電涂料研究[J].涂料涂裝與電鍍,2005,3(3):5-9.

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