CN104085158A - 一种海工构件防护涂层及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海工构件防护涂层及其施工方法，其中防护涂层采用三层结构，底层采用电化学方法在钢件表面聚合一层聚吡咯薄膜，中间层为环氧涂层，面层为聚氨酯丙烯酸、环氧丙烯酸、聚脲涂层中的一种；施工方法为先将工件打磨处理，然后在表面恒电位聚合一层聚吡咯薄膜，再依次涂覆环氧涂层与面层；本发明海工构件防护方法所得涂层具有良好的结合力、防腐性和耐候性，海洋环境服役寿命长，可用于海洋钢构件的长效防护。
Description
技术领域
本发明属于海洋重防腐涂料技术领域，特别涉及一种海工构件防护涂层及其施工方法。
背景技术
近年来，随着海洋开发的推进，杭州湾跨海大桥、舟山跨海大桥、青岛海湾大桥等陆续建成，其他各种已建、在建及规划建设的海上勘测平台、采油平台、海上集油气管道、船舶、港口码头、跨海桥梁等海洋工程如雨后春笋出现，迫切需要海洋防腐性能更好、服役寿命更长的重防腐涂层技术。目前主要采用重防腐涂料对海洋钢结构进行保护，主要有环氧、聚酯、聚氨酯、醇酸树脂、酚醛树脂、氟碳树脂、过氯乙烯树脂、氯化橡胶、氯化聚乙烯等多种涂层应用于海洋防腐蚀工程中。中国专利(ZL200810012658.9，ZL200810012655.5，ZL200810012659.3)介绍了聚苯胺改性玻璃鳞片树脂重防腐涂料，涂料由环氧或聚酯或乙烯基酯树脂、聚苯胺改性玻璃鳞片、固化剂等组成。中国专利(200810190125.X)介绍了一种混凝土结构重防腐纳米复合涂层及防护方法，涂层由纳米改性环氧封闭涂料、纳米改性环氧云铁中间漆及纳米改性含氟聚氨酯等面漆组成，比传统防腐寿命有所提高，但是其涂层的强度、附着力，韧性以及耐蚀性等仍然不能满足长期使用的要求。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足，提供一种采用聚吡咯作为底层的海工构件防护涂层及其施工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种海工构件防护涂层，该防护涂层包括三层结构，底层是聚吡咯薄膜，中间层为环氧层，面层为聚氨酯丙烯酸、环氧丙烯酸、聚脲涂层中的一种。
所述的一种海工构件防护涂层，所述底层厚度可以为5-30μm，中间层厚度可以为100-800μm，面层厚度可以为50-400μm。
一种以上所述的海工构件防护涂层的施工方法，包括以下步骤：
(1)对构件进行打磨预处理，除去锈蚀、油污和疏松层；
(2)将工件清洗干净，在含0.1mol/L吡咯、0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气3-10min，以工件为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，以石墨、钢板或铂片为辅助电极，在0.8V-1.0V条件下恒电位聚合1-5分钟，获得聚吡咯薄膜，作为底层；
(3)喷或涂覆环氧树脂涂料作为中间层；
(4)最后喷或涂覆聚氨酯丙烯酸或环氧丙烯酸或聚脲涂料作为面层。
所述的海工构件防护涂层的施工方法，步骤(3)环氧树脂涂料可以是以双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、聚氨酯环氧树脂、羧酸或烷氧基硅烷改性环氧树脂为主要成膜物质的防腐涂料；可以为市售产品，如优龙ES301，YL101，阿克苏诺贝尔E-12，604，华润、立邦、多乐士、三棵树、紫荆花及其他品牌的环氧防腐涂料。
所述的海工构件防护涂层的施工方法，步骤(2)中所述的清洗可以是将步骤(1)预处理后的构件分别在丙酮、无水乙醇与水的体积比为1:1的饱和氢氧化钠溶液、三氯甲烷中依次各超声波清洗1-5min，冲洗干净。
聚吡咯薄膜具有优异的防腐性，采用电化学制备聚吡咯薄膜不仅工艺简单，而且薄膜的强度，附着力，内聚力，韧性比聚苯胺要好。此外，聚吡咯可以在碱性条件下聚合，可以为钢铁基材提供弱碱环境，增强其耐蚀性。采用聚吡咯薄膜作为基材的底层以提高涂层体系的防腐性能还未见相关的文献报道。基于此，本发明采用恒电位聚合法制备聚吡咯薄膜做为底层，以提高后续涂层的附着力，耐蚀性；同时选用耐蚀性优异的环氧涂层作为中间层，耐候性好的聚脲、环氧丙烯酸和聚氨酯丙烯酸作为面层，制备海工构件多层防护体系，以满足恶劣的海洋腐蚀环境下对海工构件超长服役年限的要求。
本发明采用了底层、中间层及面层三层结构，每层各有特点，协同增强涂层的综合性能。底层聚吡咯薄膜采用电化学方法聚合，与基材结合力强，对钢铁具有钝化作用，厚度为5-30μm，当厚度超过30μm后，涂层内应力增加，会导致薄膜脆性增加，附着力下降，影响涂层整体防护性能，当厚度小于5μm时，可能会出现成膜不完整现象，降低对基材的保护和钝化作用。本发明电聚合工艺条件获得的聚吡咯薄膜结合力、韧性、强度、耐蚀性良好。环氧涂层作为中间层，在涂层体系中起屏蔽和耐蚀作用，主要为提高涂层系统的耐蚀性，厚度为100-800μm，涂层过薄将降低涂层的屏蔽效果。面层采用环氧丙烯酸、聚氨酯丙烯酸或聚脲涂层，其耐候性好，作用为提高涂层体系的耐候性、屏蔽性，以满足海洋环境下超长服役年限的要求，厚度为50-400μm，过厚将增加涂装成本，太薄会影响涂层的耐候性，从而影响使用寿命。
附图说明
图1为涂层电化学阻抗等效电路图，其中a为浸泡初期等效电路图，b为浸泡后期等效电路图，其中Rp表示极化电阻，Rsol表示溶液电阻，Rct表示涂层电荷转移电阻，Rw表示扩散电阻，Qc表示涂层的常相位角元件，Qdl表示涂层金属界面双电层电容的常相位角元件。
具体实施方式：
下面结合实施例，对本发明的上述技术方案作进一步的描述，但绝不限制本发明的范围。实施例1
采用砂纸对钢板进行打磨除锈，然后在丙酮中超声波清洗2min,在无水乙醇/水(体积比1:1)的饱和氢氧化钠溶液中超声波清洗2min，在三氯甲烷中超声波清洗2min，冲洗干净。在含0.1mol/L吡咯和0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气10min，将钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以石墨板作为辅助电极，在0.8V下恒电位聚合2分钟，获得厚度为10μm聚吡咯薄膜；然后刷涂优龙(北京)重防腐涂料有限公司ES301无溶剂环氧树脂涂料3道，放置固化24小时，干膜厚度为800μm，再刷涂2道山东科耀化工有限公司VA-1018环氧丙烯酸面漆，放置固化36小时，涂层干膜厚度为220μm。
经过上述涂装施工，漆膜总厚度约1030μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
实施例2
采用砂纸对钢板进行打磨除锈，然后在丙酮中超声波清洗2min,在无水乙醇/水(体积比1:1)的饱和氢氧化钠溶液中超声波清洗5min，在三氯甲烷中超声波清洗3min，冲洗干净。在含0.1mol/L吡咯和0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气5min，将钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以钢板作为辅助电极，在0.9V下恒电位聚合3分钟，获得厚度为25μm聚吡咯薄膜；然后刷涂华川HCH01-18环氧树脂涂料3道，放置固化24小时，干膜厚度为600μm，再刷涂2道天津安德隆科技公司DM-102环氧丙烯酸面漆，放置固化36小时，涂层干膜厚度为130μm。
经过上述涂装施工，漆膜总厚度约755μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
实施例3
对采用砂纸对工件进行预打磨除锈，然后在丙酮中超声波清洗1min,无水乙醇/水(体积比1:1)的饱和氢氧化钠溶液中超声波清洗3min，三氯甲烷中超声波清洗3min，冲洗干净。在含0.1mol/L吡咯和0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气3min，将钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以铂片作为辅助电极，在1.0V下恒电位聚合5分钟，获得厚度为30μm聚吡咯薄膜；然后喷涂阿克苏诺贝尔粉末涂料宁波有限公司环氧型粉末涂料2道，180℃固化20分钟小时，干膜厚度为240μm，再刷涂四川星源特种涂料有限公司XJ-4003聚氨酯丙烯酸涂料2道，涂层干膜厚度为400μm。
经过上述涂装施工，漆膜总厚度约600μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
实施例4
采用砂纸对钢板进行预打磨除锈，然后在丙酮中超声波清洗3min,无水乙醇/水(体积比1:1)的饱和氢氧化钠溶液中超声波清洗1min，三氯甲烷中超声波清洗5min，冲洗干净。在含0.1mol/L吡咯和0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气10min，将钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以石墨板作为辅助电极，在0.9V下恒电位聚合3分钟，获得厚度为22μm聚吡咯薄膜；然后喷涂杜邦公司PRIMEPOXP6环氧涂料2道，固化24小时，干膜厚度为260μm，再喷涂江苏金陵特种涂料有限公司聚脲涂料2道，干膜厚度为220μm。
经过上述涂装施工，漆膜总厚度约502μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
实施例5
采用砂纸对钢板进行预打磨除锈，然后在丙酮中超声波清洗3min,在无水乙醇/水(体积比1:1)的饱和氢氧化钠溶液中超声波清洗2min，在三氯甲烷中超声波清洗5min，冲洗干净。在含0.1mol/L吡咯和0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气10min，将钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以钢板作为辅助电极，在0.85V下恒电位聚合3分钟，获得厚度为23μm聚吡咯薄膜；喷涂常州光辉化工有限公司环氧防腐涂料3道，固化24小时，干膜厚度为450μm，再喷涂四川祥和涂料有限公司聚氨酯丙烯酸涂料2道，干膜厚度为180μm。
经过上述涂装施工，漆膜总厚度约653μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
实施例6
采用砂纸对钢板进行预打磨除锈，然后在丙酮中超声波清洗3min,在无水乙醇/水(体积比1:1)的饱和氢氧化钠溶液中超声波清洗1min，在三氯甲烷中超声波清洗4min，冲洗干净。在含0.1mol/L吡咯和0.1mol/L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气7min，将钢板作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以钢板作为辅助电极，在0.85V下恒电位聚合1分钟，获得厚度为5μm聚吡咯薄膜；喷涂常州光辉化工有限公司环氧防腐涂料2道，固化24小时，干膜厚度为100μm，再喷涂四川祥和涂料有限公司聚氨酯丙烯酸涂料1道，干膜厚度为50μm。
经过上述涂装施工，漆膜总厚度约155μm，防腐效果良好。经过检测，防护涂层与基材的结合力、耐候性、防腐性能满足建设单位设计年限的要求。
以上实施例采用了底层、中间层及面层三层结构，每层各有特点，协同增强涂层的综合性能。底层聚吡咯薄膜采用电化学方法聚合，与基材结合力强，对钢铁具有钝化作用，厚度为5-30μm，当厚度超过30μm后，涂层内应力增加，会导致薄膜脆性增加，附着力下降，影响涂层整体防护性能，当厚度小于5μm时，会出现成膜不完整现象，降低对基材的保护和钝化作用。本发明电聚合工艺条件获得的聚吡咯薄膜结合力、韧性、强度、耐蚀性良好。环氧涂层作为中间层，在涂层体系中起屏蔽和耐蚀作用，主要为提高涂层系统的耐蚀性，厚度为100-800μm，涂层过薄将降低涂层的屏蔽效果。面层采用环氧丙烯酸、聚氨酯丙烯酸或聚脲涂层，其耐候性好，作用为提高涂层体系的耐候性、屏蔽性，以满足海洋环境下超长服役年限的要求，厚度为50-400μm，过厚将增加涂装成本，太薄会影响涂层的耐候性，从而影响使用寿命。
将以上实施例1-6所得涂层分别命名为：1#涂层、2#涂层、3#涂层、4#涂层、5#涂层和6#涂层。将不含聚吡咯底层,其他完全按照实施例2方法制备的只含中间层和面层的试样作为对比，命名为0#涂层，测量在模拟海水中不同浸泡时间下的涂层阻抗并模拟等效电路，计算涂层极化电阻Rp。阻抗测试结果的等效电路如图1所示，(a)浸泡初期，Rp＝Rct，(b)浸泡后期，Rp＝Rct+Rw，其中Rp表示极化电阻，Rsol表示溶液电阻，Rct表示涂层电荷转移电阻，Rw表示扩散电阻，相应的阻抗称为Warburg阻抗，Qc表示涂层的常相位角元件，Qdl表示涂层金属界面双电层电容的常相位角元件。表1为计算所得Rp值，由表1可知，随着溶液渗入涂层，无聚吡咯底层的涂层Rp下降快，而有聚吡咯底层的涂层体系Rp下降慢，表明本发明涂层体系的耐蚀性更好。
表1 电化学阻抗谱模拟等效电路图Rp值
综合以上可以看出，本发明提供的海工构件防护涂层采用三层结构，具有良好的耐蚀性和耐候性，可以满足海洋环境下超长服役年限的要求。
Claims (5)
1.一种海工构件防护涂层，其特征在于，该防护涂层包括三层结构，底层是聚吡咯薄膜，中间层为环氧层，面层为聚氨酯丙烯酸、环氧丙烯酸、聚脲涂层中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种海工构件防护涂层，其特征在于，所述底层厚度为5-30μm，中间层厚度为100-800μm，面层厚度为50-400μm。
3.一种权利要求1所述的海工构件防护涂层的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对构件进行打磨预处理，除去锈蚀、油污和疏松层；
（2）将工件清洗干净，在含0.1 mol/L 吡咯、0.1 mol/ L十二烷基磺酸钠的水溶液中通高纯氮气3-10 min，以工件为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，以石墨、钢板或铂片为辅助电极，在0.8V-1.0V条件下恒电位聚合1-5分钟，获得聚吡咯薄膜，作为底层；
（3）喷或涂覆环氧树脂涂料作为中间层；
（4）最后喷或涂覆聚氨酯丙烯酸或环氧丙烯酸或聚脲涂料作为面层。
4.根据权利要求3所述的海工构件防护涂层的施工方法，其特征在于，步骤（3）环氧树脂涂料是以双酚A型环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双酚F型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、聚氨酯环氧树脂、羧酸或烷氧基硅烷改性环氧树脂为主要成膜物质的防腐涂料。
5.根据权利要求3所述的海工构件防护涂层的施工方法，其特征在于，步骤（2）中所述的清洗是将步骤（1）预处理后的构件分别在丙酮、无水乙醇与水的体积比为1:1的饱和氢氧化钠溶液、三氯甲烷中依次各超声波清洗1-5min，冲洗干净。
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