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船舶通用底漆的研制

来源:浙江鱼童新材料股份有限公司 作者:杨亚良,伍小军,林秀娟 时间:2013-11-08 点击:
导读:介绍了船舶通用底漆的概念和发展历史。并以环氧树脂、长石粉等原料为甲组分,比较了不同固化剂对干燥时间及涂膜性能的影响,确定了较佳的配方体系。
0 前言
船舶运行于河海湖泊之上,所处的腐蚀环境非常复杂:阳光的曝晒、海(河)水的冲蚀、盐雾(海洋环境中)的侵蚀等等,因此对于船舶的防护是重防腐领域的一项重要课题。船舶涂料因其施工相对方便、成本相对低廉、防护效果较为出众等特点,成为船舶防护中的一种重要手段。
船舶涂料所必备的特性,可概括为以下几点[1]:
(1)常温干燥固化;
(2)适用于高压无气喷涂;
(3)可厚膜施工;
(4)(水下部位)耐阴极保护;
(5)较佳的机械性能(耐磨,耐冲刷,并兼具柔韧性)。
船舶的结构复杂,其各个部位的防护要求不同,因此长久以来船舶涂料分为较多品种。国标中将船舶涂料分为船用防锈底漆、甲板涂料、船壳涂料、船舶防锈防污体系等。随着近年来造船业的迅猛发展以及人类环境保护和资源利用意识的加强,人们开始思考是否可以有一种“万能型”涂料,施工于整条船舶的各个部位,以减少浪费和对环境的污染,并且提高施工效率。于是通用底漆的概念被提出并成为船舶重防腐涂料的发展趋势。
 
1 船用通用底漆的发展和要求
自20世纪80年代开始,各大涂料供应商开始研发通用底漆。在近30年的时间里,随着原材料技术的迅猛发展,通用底漆的开发也随之突飞猛进。从最初的设计概念和商业噱头(高成本和施工限制),到如今成本与性能的较好结合,各大供应商已经推出了第3或4代的通用底漆,并形成市场化。如阿克苏诺贝尔(旗下国际油漆,IP)的Interbond系列,佐敦涂料(Jotun)的Jotacote Universal系列,PPG(旗下式玛涂料,Sigma Kalon)的Sigma Primer系列以及赫普(Hempel)的Hempadur Quatrro和Unqi系列。船用通用底漆,顾名思义,就是可以应用于除某些特舱(如化学品舱和饮水舱)外,船舶各个部位的涂装。如压载舱、原油舱、船壳、船底、货舱以及甲板部位等。对于货舱和甲板装饰性要求不高的部位,还可以满足底面合一的涂装要求。同时还可以广泛地应用于船舶的维修涂装。因此,船用通用底漆既需要具备优异的防腐性能和优良的机械性能,满足船体水上和水下部位的不同要求;对于低表面处理也有较好的容忍性,以符合修船的施工条件。同时考虑大型船舶较长的施工周期,为了方便施工,需要满足冬季低温施工的需要。
另外,通用底漆还必须满足PSPC WBC的要求。[注:国际海事组织(IMO)于2006年通过了《所有类型船舶专用海水压载舱和散货船双舷侧处所保护涂层性能标准》(简称IMO PSPC WBC),并于2008年7月1日起对500总吨及以上的国际航行船舶强制执行。PSPC标准对压载舱用的涂料规定了具体要求,涂料体系必须通过按PSPC标准附件要求的压载舱条件模拟摇摆舱试验和冷凝舱试验,特别是涂料体系必须要通过第三方的认可,即船级社的型式认可(Type Approval Certificate – TAC);同时压载舱涂层若与其他厂商的车间底漆配套使用时,其各自在通过PSPC要求的试验、认证基础上,还要进行相容性试验,即俗称的交叉试验(Cross-over testing)。]
 
2 试验部分
2.1 原材料的选择
2.1.1 环氧树脂
传统的船底防锈涂料一般采用煤沥青涂料(或环氧改性煤沥青涂料)和氯化橡胶涂料。此2种树脂均具有优良的耐水性和防腐性,对于底材的容忍性也较高。但由于环保和健康的要求,目前已很少应用于船舶,尤其是大型船舶的防腐。环氧树脂因具有众多的特性,诸如良好的附着力、突出的抗化学品性能,与不同的固化剂灵活搭配使用,可以获得满足不同性能要求的涂膜,容易制备环保型的高固体分厚浆型涂料等,成为通用底漆的首选。上述各大涂料供应商的产品,也均基于环氧树脂开发而成。
一般来说,低分子量的环氧树脂具有较低的黏度,易于制得高固体分的涂料品种,同时它与固化剂形成较为致密的交联结构;而高分子环氧树脂分子链更长,并富含更多的羟基官能团,使得涂膜具有更加优良的柔韧性和附着性能。高、低分子环氧树脂的混搭使用,不仅兼具了两者的优点,更形成了结构上的“互穿网络”效应,使涂膜更坚硬和致密。本次试验采用601和828环氧树脂,江苏宜兴三木。
2.1.2 填料
众所周知,涂料中的填料成分可以提高固体含量,更为重要的是改善涂膜的机械性能。重防腐涂料中,常用的填料有:滑石粉、重晶石粉、石英和长石粉。
滑石粉(针状晶形)是一种低吸油量的粉体,曾广泛应用于环氧涂料中,随着资源枯竭,已无法再利用,同时滑石粉硬度低,对涂膜机械性能提升不明显。
重晶石粉具有良好的化学稳定性和极低的吸油值,但缺点也显而易见——密度大,体积成本较高,使其经济性能较差。
石英具有优异的化学稳定性和极低的吸油值,并且具有极佳的硬度。但游离的石英有害健康,已渐渐被其他填料所取代。
长石粉是近年来较为多用的材料。长石为斜晶形结构(见图1),具有较好的屏蔽性能;本身硬度较高(莫氏硬度为6~7级,一般滑石粉仅为1~2级),为涂膜带来较好的机械性能;吸油值也不高,可以制成高固体含量的通用底漆;同时密度适中,故可以用以制得性价比合适的产品。
我国拥有丰富的长石矿资源,因此长石粉在船用通用底漆中的应用前景广阔。本次试验采用长石粉为主要填料,型号为Unispar X7,Sibelco公司产品。
长石粉的电显图
2.1.3 固化剂
聚酰胺树脂:自20世纪60年代开始环氧树脂(Epikote 1001)/聚酰胺树脂(Versamid 115)被认为标准并开始广泛应用于涂料工业中。聚酰胺树脂使环氧涂膜具有良好的柔韧性和耐冲击性,其长长的碳链也使得湿(潮气)表面涂装成为可能。因此,时至今日仍在环氧涂料中占有很大的应用。酚醛胺树脂:酚醛胺类固化剂是由酚、醛及胺经曼尼期(Mannich)反应而合成。其大致的分子结构如图2。
酚醛胺结构示意图
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