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保温隔热功能性防腐涂料的研制与应用,太阳光的强烈照射会对承载液化气的球罐及成品油的储罐产生安全隐患
2020年02月04日    阅读量:2393     新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

0 引言

在石油、化工、冶金、军工等领域,由于太阳光照射在金属板表面的温度高达70~80 ℃,会对承载液化气的球罐和成品油的储罐在应用、贮存和运输方面产生巨大的潜在危险,容易给国家、企业和个人造成巨大的经济损失。


现有的喷淋降温装置虽然在一定程度上可以起到降温的作用,但却浪费了大量的水资源和对周围环境造成污染,且每隔1~2 a 就要进行停产检修,重复涂刷低端醇酸银粉漆,给企业带来了很大的经济耗费,这与当今提倡环保、节能的理念相悖。


本研究研制成功一种罐体保温隔热功能性防腐涂料,涂覆后的罐体在长期经受强烈日光照射和恶劣的环境温度下,能够反射太阳光,降低罐体表面温度,起到很好的保温、隔热作用中国化工网okmart.com。并且涂层具有很好的防腐性、耐候性和装饰性。在较为恶劣的化工大气环境下和沿海区域使用寿命可达8~10 a。


1 原理

热量传递的方式分为对流、辐射和传导。本研究涂层采用暖水瓶的设计理念,由中空层和反射层共同组成,内部涂层的中空层可以有效降低或者减少涂覆物内部液态物质传导“热量”,达到降低物体表面的热平衡温度,保持内部液体温度不升高;


外部涂层的反射层可以反射太阳光并屏蔽和阻隔由可见光和不可见光辐射及因为空气对流产生的热量。涂料由溶剂型成膜物质、特种功能性材料、颜填料、有机溶剂和少量助剂组成,为底漆、中间漆、面漆共同构成的复合涂层功能性防腐涂料。


涂料中添加质轻、导热系数低、隔热效果好、物理性能稳定的球形中空玻璃微珠材料、云母粉、二氧化钛及其他反射颜料,分别在底漆、中间漆、面漆涂膜发挥不同的作用,以达到整体涂层保温、隔热效果。


2 底漆的研制

防腐涂料的成膜物质有很多种,保温隔热功能性涂料树脂的选择主要取决于树脂对太阳光的吸收率和透明度,吸收率低和透明度高的树脂基本都适用于这种涂料的研制。所以选择的成膜物质应该注重防腐性能和耐化学性能,且考虑到内部存在孔隙率的中空玻璃微珠的因素,要求填充微珠之间的空隙和粘接致密性。


环氧树脂具有优异的粘接性能、极强的附着力、优异的防腐蚀性能,固化成型后分子间致密,收缩率低,作为底漆和中间漆的成膜物质最合适。采用腰果壳油改性胺做固化剂,固化后的漆膜有足够的强度、韧性和致密性。


从底漆的作用是阻隔热量传导、保温的功能角度上考虑,添加一定比例的具有质量轻、孔隙率高、热绝缘系数大及反射率高、表面光洁的中空结构的玻璃微珠,粒径细度不一但在一定范围内的这种功能性材料彼此相互辅助填充。


底漆可选择的颜填料种类很多,磷酸锌、三聚磷酸铝具有无毒、环保、缓蚀、钝化等特点;氧化铁红是一种化学稳定性好,吸收紫外线避免涂覆物受到紫外线破坏的惰性颜料,且它们都具有导热系数低和优异的防腐性能。添加适量的滑石粉,可以改变涂料的膨胀系数,提高交联性能具有吸收固化后的涂层内应力的作用。


防锈颜料与填料和中空的玻璃微珠对应排列成致密中空涂层,起到阻止隔绝涂覆物内部的冷温“热量”由内向外传递的作用,将“热量”在中空层的对流传导降至最低程度,既达到保温的作用又提高了底漆涂层的防腐性能。添加的助剂有偶联剂、分散剂、消泡剂、流平剂等材料,以改善涂层的各种性能。


硅氧烷偶联剂的使用增加了功能材料中空玻璃微珠、颜填料的浸润分散性,提高了涂层的疏水性、热稳定性或交联性能对提升涂层的综合性能起到很好的效果。底漆参考配方见表1。

底漆参考配方

保温隔热功能性防腐涂料的研制与应用,太阳光的强烈照射会对承载液化气的球罐及成品油的储罐产生安全隐患 中国化工网,okmart.com

3 中间漆的研制

根据保温隔热功能性防腐涂料的整体设计理念,中间层是介于底漆中空层和面漆反射层之间的过渡层,其作用为有效阻止和隔绝因为太阳可见光和近红外光的辐射及空气中对流产生的热量集聚后向底层传导,减少涂覆物由外向内的热量交换和传导。


在颜填料的设计上以接近面漆的白色为过渡色。二氧化钛具有优异的颜料品质,对光的吸收少,反射、散射能力强,遮盖力强。颜料用二氧化钛根据结晶体结构不同分为锐钛型和金红石型,金红石型二氧化钛晶体结构致密,结晶形态稳定,在硬度和密度及折射率上有优异的展现,折射率为2.74,太阳光反射率大于80%,耐光性、耐热性和抗粉化性明显高于其他体系颜料。


所以在中间漆和面漆的选择上以金红石型二氧化钛作为体现反射太阳光辐射热量的主要颜填料。云母粉单斜晶系珍珠光泽片状结构,具有很好的填充性及覆盖能力,可屏蔽来自水、离子、氧等物质的侵蚀。添加一定比例的云母粉与中空玻璃微珠组合后,可发挥各自特点,既有低的热传导系数,又有极强的延展性能,可以避免因为吸水后热胀冷缩产生龟裂,并在涂层中互相平行交叠排列,形成“迷宫”效应,提高层间附着力和防腐能力,并隔绝热辐射和传导的作用。中间漆参考配方见表2。

中间漆参考配方

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4 面漆的研制

太阳光主要由可见光和近红外光及紫外线构成,可见光和红外光占95%,产生的热量为95%。设计面漆的主要作用是反射太阳光及阻隔剩余的可见光、红外光及紫外线产生的热量和空气对流产生的热量。


通过面漆和中间漆将漆膜热量阻隔在体系涂层的中间和外层区域,有效阻止热量由外向内传导。羟基丙烯酸树脂具有光泽高、柔韧性好,耐化学性能好等特点,面漆采用羟基丙烯酸树脂为主要成膜物质,以HDI 缩二脲多异氰酸酯树脂作固化剂,室温自交联固化后的漆膜硬度高,耐候性极佳,耐盐雾性能优异,抗冲击和耐磨性能好,并且具有保光、保色等优异的装饰性能。


根据面漆的设计理念,选用金红石型二氧化钛为主要颜填料体系,其超低的吸光性和超强反射性及极高的折射系数与羟基丙烯酸做成膜物质搭配形成的面漆涂层耐热性和光稳定性极佳。按照一定比例添加具有特殊光片结构的云母粉后可以很好地屏蔽来自大气环境中各种物质的侵蚀,同时可以很好地反射太阳光和阻挡热量传递。虽然照射到地球表面的紫外线只占太阳光线的5%,但是等量的紫外线和近红外线相比,紫外线产生的能量高过近红外线,其破坏性和杀伤性不容忽视,表现为漆膜的失光、失色,漆膜开裂造成大面积脱落等现象。


抗紫外线剂能保护厚膜涂层不致过早老化开裂,因为空心涂层比普通涂层更易开裂,而一旦开裂进水就失去了涂层保温作用。氧化锌具有良好的耐光、耐热和耐候不粉化性等特点,对紫外线有一定的不透过性,所以可以将氧化锌作为抗紫外线剂用于面漆的涂料体系中,作为反射紫外线的功能性材料。面漆参考配方见表3。

面漆参考配方

保温隔热功能性防腐涂料的研制与应用,太阳光的强烈照射会对承载液化气的球罐及成品油的储罐产生安全隐患 中国化工网,okmart.com

5 应用

由底漆、中间漆、面漆共同构成的保温隔热功能性防腐涂料,每道涂层分别承担不同的功能。本涂料体系按照一定厚度涂刷干燥后,经国家建筑测试中心检测,物理机械性能、防腐蚀性能达到或优于GB 50393—2008《钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范》中的指标。


按照GB 50393—2008,《热反射隔热类防腐蚀涂料的技术要求》A7.2 中提及的参数:反射率ρ≥70%,半球反射率ε≥60%,实际测试结果为反射率ρ为74%,半球反射率ε为89%;按照GB/T10295—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定(热流计法)》测定,形成的功能性涂层的导热系数λ(平均温度25 ℃)为0.149 W/(m·k),也完全符合导热系数不大于0.25W/(m·k)的要求。


聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料是有机玻璃或亚克力复合材料,其导热系数在0.14~0.2 之间,该保温隔热功能性防腐涂料的导热系数为0.149 W/(m·k),也就是在导热性方面数值与PMMA 塑料基本一样,热绝缘性很好。


整体涂层具有很好的隔热、保温性能和反射太阳光及对辐射的热量起到有效阻挡的作用。试验涂层达到250μm 后,外部环境温度在75 ℃时检测涂覆物内部温度在62~64 ℃之间,说明空间隔热温差达到11~13 ℃,涂层的保温隔热性能十分优异。


保温隔热功能性涂料涂装达到一定的涂层厚度才可以将保温、隔热、耐久性能表现到最佳状态。作为贮存液化气及液体的球罐,建议采取底漆二道、中间漆一道、面漆三道,整体涂层达到250 μm 厚度的要求;


作为贮存成品油的罐体建议采用底漆一道、中间漆一道、面漆二道的涂装体系,整体涂层达到180~200 μm 厚度。如果加大或者减少涂层厚度,对于罐体的保温、隔热、反射太阳光的效果都会有所影响。涂层有优良的物理性能、机械性能、化学性能、耐候性能并具有一定的防污易擦洗等特点,保温隔热功能性防腐涂料涂层可以达到8~10 a 的使用期。


该涂料在濮阳恒润石化丙烯项目、四川大英锦泰液化气项目、山东亚通石化液化气和成品油罐体项目、山东沂水的青云山石化成品油项目、山东菏泽德源化工的丙烷与丙烯项目和青岛中油通用机械的液化气运输项目上得到了很好的验证。


产品不仅适用于液化气球罐、成品油储罐、化工管道设备的石油化工领域,而且在钢结构行业、造船业、、运输业、建筑业、军工等领域涉及金属材料表面、木材制品、混凝土结构表面有保温、降温、隔热要求的领域都可以使用此功能性涂料,有利于环保和节约能耗,给社会和企业带来很高的经济效益。


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