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吳競(jìng) 邵祎婷（常州光輝化工有限公司213016）

摘要采用環(huán)氧改性濕固化聚氨酯樹脂為基體樹脂鱗片狀鋅粉為防銹顏料有機(jī)膨潤(rùn)土SD-2為防沉劑研制了一種單組分濕固化富鋅底漆該涂料施工方便且對(duì)底材表面處理要求低與傳統(tǒng)的富鋅底漆相比防腐性能更優(yōu)適用于高防腐要求的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒

關(guān)鍵詞濕固化富鋅底漆海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒防腐性

中圖分類號(hào)TQ632.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1009-1696（2010）05-0004-03

在全球低碳經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下風(fēng)力發(fā)電作為一種取之不盡的清潔能源已成為當(dāng)前世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的新能源［1］截至2008年底全球風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?21188MW風(fēng)力發(fā)電量超過(guò)總發(fā)電量的1.5%我國(guó)2008年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)超過(guò)100%總裝機(jī)容量超過(guò)12000MW成為亞洲第一世界第三的風(fēng)電大國(guó)我國(guó)10m深近海的風(fēng)能資源約1億kW30m深近海的風(fēng)能資源約4.9億kW風(fēng)能的量值是陸上風(fēng)能的3倍海洋風(fēng)力發(fā)電正在逐步成為主要發(fā)展方向風(fēng)電機(jī)組主要由葉片傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)儲(chǔ)能設(shè)備塔筒電子系統(tǒng)等組成其中塔筒所處的環(huán)境最為惡劣同時(shí)處于海洋大氣區(qū)飛濺區(qū)潮差區(qū)全浸區(qū)和海泥區(qū)之中［2］塔筒又起支撐固定整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的作用對(duì)防腐性要求最高由于風(fēng)電機(jī)組投資昂貴一次安裝需運(yùn)行幾十年且其高度在30m以上一次小小的維修也免不了使用船舶或直升機(jī)往往因風(fēng)浪大不易靠近造成維護(hù)維修成本很高如果防腐處理不到位風(fēng)力發(fā)電機(jī)組會(huì)很快報(bào)廢因此涂層設(shè)計(jì)通常要求達(dá)到15a基本不需維修的水平傳統(tǒng)海洋環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)防腐底漆為無(wú)機(jī)富鋅底漆或環(huán)氧富鋅底漆多組分混合使用對(duì)溫度及底材表面處理要求較高

本文合成了一種單組分聚氨酯樹脂并添加鱗片狀鋅粉配制出一種單組分濕固化富鋅底漆有優(yōu)異的施工性低溫固化性和耐腐蝕性可取代傳統(tǒng)富鋅底漆用于高防腐要求的風(fēng)電機(jī)塔筒

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1原材料

E-12環(huán)氧樹脂殼牌間苯二甲酸工業(yè)級(jí)北京燕山石化己二酸工業(yè)級(jí)遼陽(yáng)石油化工公司2-甲基-13丙二醇工業(yè)級(jí)中國(guó)臺(tái)灣三羥甲基丙烷工業(yè)級(jí)無(wú)錫百川化工鈦酸正丁酯分析純上海試劑廠醋酸乙酯醋酸丁酯環(huán)己酮二甲苯甲苯二異氰酸酯（TDI）德國(guó)拜耳片狀鋅粉北京北礦鋅業(yè)苯甲酰氯南通新盛化工4-乙基-2-甲基-2-（3-甲基丁基）-13惡唑烷分析純Aldrich鐵鈦粉無(wú)錫萬(wàn)達(dá)有機(jī)膨潤(rùn)土SD-2海名斯

1.2聚酯樹脂的合成

在四口燒瓶中加入一定量的2-甲基-13丙二醇三羥甲基丙烷及二甲苯攪拌依次加入間苯二甲酸己二酸鈦酸正丁酯通CO2并逐步升溫至

140~145℃回流后以10℃/h升溫至200℃在200℃下保溫2h回流脫水再以10℃/h升溫至225℃繼續(xù)保溫回流脫水待酸值小于4mgKOH/g時(shí)冷卻到80℃加入其余溶劑攪拌過(guò)濾出料聚酯樹脂技術(shù)指標(biāo)黏度在0.8~2Pas羥基含量為3.6%

1.3環(huán)氧改性聚氨酯樹脂的合成

在燒瓶中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的E-12環(huán)氧樹脂溶液自制聚酯樹脂升溫至125℃開始共沸脫水再升溫至140~145℃脫水完成后冷卻至45℃加入TDI攪拌30min緩慢升溫至90℃保溫3h后冷卻到45℃加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的苯甲酰氯攪拌過(guò)濾出料密封貯存

1.4涂料的制備

依次往容器中加入一定量的丁酮甲苯磷片狀鋅粉鐵鈦粉膨潤(rùn)土高速攪拌均勻加入適量脫水劑4-乙基-2-甲基-2-（3-甲基丁基）-13惡唑烷密閉貯存24h待水分完全脫除后加入聚氨酯樹脂攪拌均勻過(guò)濾包裝 ｜

1.5濕固化富鋅底漆的性能

濕固化富鋅底漆的性能指標(biāo)見表1

表1 濕固化富鋅底漆的性能指標(biāo)

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2結(jié)果與討論

2.1樹脂的選擇

本試驗(yàn)采用高分子環(huán)氧樹脂柔性聚酯樹脂與TDI反應(yīng)合成的濕固化聚氨酯樹脂為基體樹脂由于該樹脂的分子鏈上帶有環(huán)氧-NCO等極性基團(tuán)與金屬基材結(jié)合具有良好的滲透性和附著力樹脂固化后形成的聚脲結(jié)構(gòu)使涂膜具有良好的強(qiáng)度耐磨性屏蔽性和耐化學(xué)介質(zhì)性又因濕固化聚氨酯樹脂的固化機(jī)理是靠分子鏈的-NCO基團(tuán)和空氣中的水分反應(yīng)交聯(lián)生成具良好濕附著力的聚脲結(jié)構(gòu)能除去金屬基材表面微量的水分解決了一般涂料在潮濕表面附著力差的缺點(diǎn)提高了涂膜的防腐性能尤其在空氣濕度大的沿海環(huán)境下作用非常明顯濕固化聚氨酯樹脂的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有良好的低溫反應(yīng)性能甚至在-10℃仍可固化而傳統(tǒng)的環(huán)氧富鋅底漆在5℃以下就基本停止反應(yīng)

2.2防銹顏料的選擇與添加量

目前市場(chǎng)上的富鋅涂料多以球狀鋅粉為防銹顏料其球鋅之間是以點(diǎn)接觸的形式來(lái)傳輸電子電流導(dǎo)通性能差［3］為了保證涂層的導(dǎo)通性和使用壽命料漿中鋅粉的用量通常高達(dá)80%以上這樣高的PVC值導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)的多孔性孔隙度大屏蔽性差本試驗(yàn)采用鱗片狀鋅粉其片之間是面接觸大大提高了電流導(dǎo)通性能經(jīng)檢測(cè)當(dāng)鋅含量在70%時(shí)使用鱗片狀鋅粉的濕固化富鋅底漆體積電阻約104Ωm而傳統(tǒng)環(huán)氧富鋅底漆體積電阻約106Ωm兩者相差100倍試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)濕固化富鋅底漆中鱗片狀鋅粉的用量降低到40%其體積電阻無(wú)明顯變化說(shuō)明低鋅粉含量仍能夠保證涂層良好的電化學(xué)保護(hù)性能由于鋅粉價(jià)格比較昂貴因此通過(guò)在涂料中適當(dāng)拼混其它較為廉價(jià)的防銹顏料（如鐵鈦粉等）可以大幅度降低成本同時(shí)不影響防腐性能

本試驗(yàn)所用鱗片狀鋅粉的粒徑為15μm厚度在0.1μm左右

2.3助劑的選用

2.3.1防沉劑的選用

本試驗(yàn)所用的鱗片狀鋅粉密度小僅為球鋅的1/3在料漿中懸浮性好但長(zhǎng)期貯存仍會(huì)出現(xiàn)軟沉淀現(xiàn)象加之配方中另外使用了鐵鈦粉等密度大的顏料所以必須使用防沉劑常用的防沉劑包括有機(jī)膨潤(rùn)土氣相二氧化硅聚酰胺蠟等試驗(yàn)表明在配方中使用具有高分散性的有機(jī)膨潤(rùn)土SD-2效果較好且使用方便無(wú)需研磨直接添加后通過(guò)高速分散即可滿足細(xì)度要求貯存一個(gè)月后涂料無(wú)分層及沉淀現(xiàn)象而采用聚酰胺蠟防沉效果不是很明顯采用氣相二氧化硅后觸變嚴(yán)重施工時(shí)涂膜容易產(chǎn)生氣泡和針孔

2.3.2除水劑的選用

本試驗(yàn)中的成膜物質(zhì)是濕固化聚氨酯樹脂其貯存穩(wěn)定性較差這是因?yàn)樵谫A存過(guò)程中-NCO基與空氣溶劑中微量的水分反應(yīng)而膠化尤其用于生產(chǎn)

色漆時(shí)顏料粒徑很小形狀不規(guī)則表面積表面能大顏料表面通常會(huì)吸附少量水使涂料難以長(zhǎng)期保存這使?jié)窆袒郯滨ド崾冀K得不到大規(guī)模地推廣應(yīng)用因此必須采用干燥的顏料粉同時(shí)配用除水劑才能保證涂料的貯存穩(wěn)定性常用的除水劑主要有甲苯磺酰異氰酸酯原甲酸乙酯唑烷分子篩等

甲苯磺酰異氰酸酯的價(jià)格貴用量大大大提高了產(chǎn)品的成本原甲酸乙酯與水反應(yīng)產(chǎn)生醇小分子醇會(huì)與濕固化聚氨酯樹脂反應(yīng)降低涂膜的交聯(lián)密度分子篩僅是吸收水分而不是與水分反應(yīng)水分仍然殘留在體系中并慢慢釋放出來(lái)導(dǎo)致凝膠本試驗(yàn)中采用4-乙基-2-甲基-2-（3-甲基丁基）-13惡唑烷作為除水劑唑烷可優(yōu)先于-NCO基與水快速反應(yīng)不產(chǎn)生CO2氣體加入濕固化聚氨酯體系中可改善漆膜的耐腐蝕性耐化學(xué)品性

2.4濕固化富鋅底漆與傳統(tǒng)富鋅底漆防腐性比較

將制備的濕固化富鋅底漆與傳統(tǒng)富鋅底漆進(jìn)行耐MEK擦拭和防腐性的試驗(yàn)結(jié)果分別見表23

表2 耐MEK擦拭試驗(yàn)

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由表2可以看出當(dāng)溫度在25℃以上時(shí)兩種底漆的固化速度相差不大而溫度在15℃以下時(shí)濕固化富鋅底漆的固化速度比傳統(tǒng)的富鋅底漆明顯加快

表3 濕固化富鋅底漆與傳統(tǒng)富鋅底漆防腐性能比較

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顏料有機(jī)膨潤(rùn)土SD-2為防沉劑4-乙基-2-甲基-2-（3-甲基丁基）-13惡唑烷為除水劑研制了一種單組分的濕固化富鋅底漆該涂料施工方便直接與空氣中的水分反應(yīng)固化成膜可解決傳統(tǒng)環(huán)氧富鋅底漆易沉淀在冬季低溫下固化難的問(wèn)題對(duì)底材表面處理要求較低且具有優(yōu)異的防腐性能適用于高防腐要求的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒

參考文獻(xiàn)

1王克強(qiáng)左娜劉紅梅.國(guó)際能源發(fā)展趨勢(shì)分析［J］.上海財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)200911（6）57-64

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3尹建軍石振華馬想生等.幾種涂料的防腐蝕性能研究（II）環(huán)氧富鋅底漆鋅基組成的研究［J］.涂料工業(yè)200838（8）5-9