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深海耐温耐压涂料技术研发

引 言

在国际上将水深超过300 m的环境称为深海环境，深海油气资源开发正成为世界石油工业的主要增长点和科技创新前沿。与传统的海洋腐蚀环境相比较，深海环境除了高静水压力外，还涉及到低温、无法维护以及与阴极保护联合防护等特点。

现阶段，国内外针对不同的涂层及配套体系在浅海环境中的防腐蚀以及防腐失效行为和机理都已有了较深入且成熟的研究，同时针对浅海环境防腐蚀的要求设计了不同的配套体系中国机械网okmao.com。

然而，随着海水深度的增加，温度、溶解氧的变化，海水静压力增大，将会对腐蚀性介质在有机涂层中的渗透行为和涂层的微观力学性能产生显著影响，直接影响涂层的防护性能和使用寿命。在世界范围内，欧美日等发达国家已开展了深海腐蚀问题的研究工作，而我国在此方面的研究则刚刚起步。深海的特殊腐蚀环境对防腐蚀涂料的性能提出了新的要求。

本研究利用高温高压腐蚀试验釜和电化学试验站等设备，在实验室模拟深海环境，开展有机涂层体系在深海环境下防腐失效行为的研究，梳理出深海环境防腐涂层破坏的主要因素，从而指导防腐涂料配方设计，开发出适用深海环境腐蚀防护的有机涂料。

深海耐温耐压涂料的技术要点

由于深海环境下涂层一般与阴极保护联合使用，深海环境除了要求涂层具有优异的耐高压腐蚀外，还需要涂层具有优异的抗阴极剥离性能和屏蔽作用；同时，最终研制的环氧重防腐涂料还需要具有高固含、快干、低温固化、机械性能优异及通用性等特征。该涂料的研制需要从环氧树脂、液体改性树脂、胺类固化剂、功能性助剂及颜填料等多方面考虑，特别需要重点考察的是非浮型铝粉的选择。

试验部分

原材料

环氧树脂：南亚（昆山）环氧树脂有限公司；分散剂：德国毕克化学公司；功能助剂：埃夫科纳助剂有限公司；有机胺：卡德莱公司；铝粉浆：济南金思帝颜料科技有限公司；钛白粉：美国杜邦公司；改性环氧树脂：自制；填料：南风化工集团有限公司；防沉剂：日本楠本化成株式会社；混合溶剂：自制。以上均为工业品。

涂料及试样的制备

按照配方设计要求分别配制A组分和B组分。然后选用规格为15 mm×7.5 mm×3 mm的钢板，按照GB/T 8923.1-2011进行喷砂处理，表面状态至Sa2?；漆膜喷涂厚度为（150±10） μm，在符合 GB /T 9278-—2008规定的条件下养护10 d后进行实验测试。

结果与讨论

铝粉对漆膜耐温耐压性能的影响

本项目利用高温高压腐蚀试验釜和电化学试验站等设备，在实验室模拟深海环境，开展有机涂层体系在深海环境下防腐失效行为的研究，利用电化学阻抗谱（EIS）测试样板在高温高压环境（30 MPa，50 ℃）下30 d后的涂层状态。

高温高压腐蚀试验釜

试验结果表明，制备涂料时加入非浮型铝粉浆，可以显著提高漆膜在高温高压环境下的防腐蚀能力，漆膜屏蔽作用良好。

固化剂对漆膜耐温耐压性能的影响

环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。

综合考虑成本和施工性能，环氧防腐涂料比较常见的固化剂为聚酰胺，其涂层的综合性能好优良，但固化速度慢，现场施工中需要一定的活化期；酚醛胺固化剂固化速度快，固化温度低，性能优异。酚醛胺由酚、甲醛和脂肪胺制备，不同类型的胺可制备出各种酚醛胺固化剂。腰果酚改性酚醛胺固化速度快，柔韧性不如聚酰胺，但盐雾扩蚀性能明显好于聚酰胺。综合考虑，腰果酚改性酚醛胺和聚酰胺混拼使用，所得固化剂固化速度快，综合性能优异。

选取实验室常见的聚酰胺、改性聚酰胺、腰果酚改性酚醛胺作为深海耐温耐压涂料固化剂，喷涂样板后进行模拟深海耐温耐压试验（30 MPa，50 ℃），经过30d连续不间断试验，最后进行电化学交流阻抗谱测量。

不同固化剂耐温耐压试验后的BODE图

通过上图可以看出，经过30 d的耐温耐压试验后，使用腰果酚改性酚醛胺与聚酰胺混拼作为固化剂的样板，其涂层的阻抗值仍然达到108 Ω?cm2，说明此时涂层仍然具备优异的屏蔽与防腐性能；

使用改性聚酰胺作为固化剂的样板，阻抗值降到了106 Ω?cm2以下，可以认为其对钢板的防护作用有所下降，但是钢板还未出现锈蚀；

使用普通聚酰胺作为固化剂的样板，阻抗值降到104 Ω?cm2，接近裸钢的阻抗值，说明涂层的屏蔽效果基本消失。其原因可能是海水压力加速了水向涂层内部的渗透，而水的积聚导致涂层鼓泡，使钢基材直接接触外部电解质，涂层保护作用完全丧失。

结 语

通过试验确定添加非浮型铝粉对漆膜性能的影响和对固化剂的筛选，综合考虑漆膜的物理机械性能、耐高温高压性能等多方面的因素，确定了深海耐温耐压涂料配方。对耐温耐压涂料进行了各种性能测试，并重点考察了模拟深海高温高压环境对漆膜性能的影响，试验结果均达到标准中技术指标的要求。深海耐温耐压涂料以优异的物理机械性能，深海环境下良好的防腐性能，可作为深海环境下各种设备设施的防腐蚀涂料，提供长效的防护作用。

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