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我国工业防腐涂料及涂装的现状与发展

发布时间:2023-05-22 10:52:34 人气:165

我国工业防腐涂料及涂装的现状与发展

王 军     殷宪霞     柳维成

1 前言

    20世纪80年代末至今,在我国经济高速发展的推动下,工业防腐涂料及涂拖挂入了高速成长的黄金时期,其市场规模在各种涂料品种中已经仅次于建筑涂料而位居第二位 。 由于受到全球金融危机的影响,我国 涂料产量近几年有所下滑,2008年涂料工业年增长率为 10.6%左右,2009年增长率为l4.14%,但其中工业 防腐涂料仍占相当大比例。我国为拉动内需投入4万亿资金,用于基础设施建设、城镇一体化建设及新农村建设,加上2010年广州亚运会、上海世博会及全球最大的迪士尼乐园落户上海等等,都有着巨大的涂料需求,为涂料行业的复苏及工业防腐涂料的快速发展提供了新契机 。

    工业防腐涂料涉及的范围十分广泛,根据被保护的基材可分为钢铁、混凝土、铝合金等表面用的保护与装饰涂料;按应用领域可分为海洋工程、汽车、桥梁 、风力发电、石油化工、机械制造、核电站、家电等各行业使用的防腐涂料。因此,工业防腐涂料几乎涵盖了各个 领域 。

    本文主要介绍了我国石油化工、集装箱制造及桥梁建设三个行业防腐涂料使用情况,并对我国工业防腐涂料行业发展现状及未来发 展趋势进行了阐述。


2 工业防腐涂料应用现状

2. 1 石油化工行业

    石油化工行业由于腐蚀环境比较恶劣,因此,防腐涂料在石油化工行业的用量与其他行业相比相对较大。包括油田设施、输油管线、贮油罐 、海洋平台 、换热器、冷却塔等 。


2.1.1 贮油罐防腐

    油罐防腐涂料是石化行业用量最大的一类涂料 ,根据油罐内壁和外壁接触的介质及环境不同,对所使用的防腐涂料的要求也不相同, 我国新造油罐大多要求涂层防腐年限在 7~10年。

    油罐内壁涂料应满足耐油、耐化学介质、抗腐蚀和导静电要求。根据油罐内部不同腐蚀环境,采用不同的防护涂层。油罐罐底内表面(通常为罐底至罐底以上 1.5米)是石油储罐内腐蚀最严重的区域,通常使用加强的涂层防护,目前使用较多的是环氧煤沥青涂料,也有采用玻璃鳞片涂料作为石油储罐内壁涂料。鳞片类防腐涂层的结构设计及材料组成可以很好地抑制腐蚀介质的渗透,减少衬层和设备内残存应力,因此可以提高有机高分子防腐层的使用寿命。油罐罐壁区至油罐顶部区域目前主要使用的是导静电涂料防腐涂料,GB6950=2001《石油罐导静电涂料技术指标》中规定油罐内壁抗静电涂层的体积电阻率应低于l08Ω·m,表面电阻率低于109Ω 。在工程应用中,底漆主要采用导电的富锌涂料,面漆主要有以碳系导电填料 (导电炭黑和石墨等)组成的深色导电涂料和以导电云母、导电氧化锌等组成的浅色导电涂料。由于碳系导电涂料颜色多为黑色,造成油罐运行过程中局部腐蚀情况的目视检查比较困难,而且碳系导电填料不易被树脂润湿包覆,使用中会发生迁移现象从而污染油品,已逐步被淘汰,目前使用较多的防腐配套为环氧富锌底漆+环氧类浅色导电涂料。

    油 罐外壁由于受到如二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯气等各种气体腐蚀,同时要经受太阳光照射、温差变化、雨水及沿海地区的盐雾等,要求所用涂料具有良好的耐水性、耐候性、耐化学腐蚀性及三防(防湿热、防盐雾、防霉)性能。油罐外壁用防腐底漆较多采用环氧富锌底漆、氯化橡胶底漆、环氧云铁中间漆等,面漆目前采用较多的是丙烯酸、聚氨酯、氟碳面漆等。


2. 1. 2 输油管线防腐

    管道外壁涂料分为地上和地下两种。地上管道外壁防腐用涂料与油罐外壁用涂料大致相同,同样要求涂层具有优异的防腐性能及耐老化性能。对于地下管道防腐涂料,由于管道处于土壤溶液环境下,要求外壁所用涂料耐水、耐酸、耐碱、耐微生物、耐腐烂动植物和耐植物根系穿透性,并且要求且有长效防腐性。目前地下管道外壁防腐采用外涂防护层和阴极保护相结合,防护层有金属涂层,如镍层、锌层等,还有磷化层等,但迄今仍以有机涂层最为经济有效,应用最普遍。在输油管线防腐中,我国最早采用原苏联的石油沥青层技术,对第一条管道即克拉马依至独子山输油管道进行了防护处理,至今该涂层仍在安全运行。到70年代末,石油沥青是国内主要的管道外涂层防护技术。20世纪80年代中期,国内相继研制开发了挤压聚乙烯防护层(2PE)、熔结环氧粉末涂料 (FBE)、焦油沥青“瓷漆”等技术。上世纪90年代起,国内引进了国际先进的3PE、3PP、双层熔结环氧粉末(DPS)等技术。目前国内重大的长输油管道工程项目主要以 2PE、3PE、3PP、FBE和DPS等涂层的应用为主。几种常用输油管线外防护涂层性能对比见表1。近年来,无溶剂环氧防腐涂料 、环氧玻璃鳞片类涂料及低温固化环氧粉末涂料在石油管道防腐方面均有应用,无论是测试数据 ,还是在国内许多火力发电厂、石油化工厂等厂区埋地管道上的实际应用,均取得了良好的应用效果。如天津科瑞达涂料化工有限公司生产的环氧呋喃玻璃鳞片胶泥产品,具有优异的耐酸、耐碱性能较好,具有较高抗渗透性,耐煤气中各种腐蚀介质能力强。在首钢搬迁工程煤气管道防腐中应用效果良好。北京碧海舟涂料有限公司研究的FBE-III-180系列低温固化熔结环氧粉末涂料在西气东输二线管道工程中也得到成功应用。

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2. 1. 3换热器防腐

    换热器占石油化工厂设备总量的 1/3以上,占整个设备投资的19%~40%, 换热器的运行状态关系到整个装置能否平稳运行,其中腐蚀与结垢是影响换热器安全运行的两大因素。在油气加工过程中,由于高温条件下,环烷酸、硫化物、及其他盐类对钢铁表面具有很强的腐蚀性;另外循环水中的溶解氧、浓缩盐、微生物等对钢铁造成的腐蚀也相当严重。目前,国内外使用的换热器防腐涂料大多为改性环氧树脂,如环氧氨基、环氧酚醛等。需要在120~C条件下烘干,并需要多道涂装,在大型装置上无法使用。因此,开发一种可常温固化、施工简单、耐热性好、导热率高及耐腐蚀性强的涂料品种是市场急需解决的问题。


2. 2集装箱制造业

    2006年以来,随着中国经济的迅速发展和海运业持续繁荣,集装箱制造业也呈迅速发展态势,我国已连续13年成为世界第一制箱大国。根据数据统计:2005年我国集装箱生产量为232万TEU,2006年为279.4万TEU,增长20%;2007年为 350万TEU,增长25.4%;由于受到金融危机和钢铁价格持续上涨的影响,2008年集装箱产量出现下滑,基本与2006年持平,使用涂料约28万吨。集装箱涂料生产厂家目前主要集中在中涂化工、中远关西、Hempel、KCC金刚化工四家,这四家几乎包揽行业 95%以上供应量。

    目前,集装箱防腐配套中通常采用的是环氧富锌底漆 (包括车间底漆 ),按集装箱不同部位的使用特征配套方案有所不同。常用的涂料配套见表2。

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    伴随着人们对环保和健康关注程度的提高和集装箱行业竞争的加剧,集装箱制造业对所用涂料的环保性及其施工性提出了更高的要求。通常不允许含有甲苯和二甲苯,另外对重金属含量也加以限制。集装箱行业目前通用标准 JISK5674(无铅无铬防锈涂料)中对重金属含量作了规定。该标准依据美国的Code of Federal Regultion 1302.3 的规 定,将铅含量上限定为600×10-6,并在大量分析实验的基础上将铬含量定为 300×10-6。这给集装箱涂料行业用涂料提出了更高的要求。

    国际集装箱者协会在1992年2月召开了专业会议,提出开发、生产和应用水性集装箱涂料的建议。在集装箱涂料水性化研究方面,Hempel、Mega、Chugoku、Kansai等涂料公司起步较早。如Hempel涂料 公司已研制成功水性环氧富锌底漆、水性环氧中间漆 、水性丙烯酸面漆等。意大利Mega涂料公司研制的的水性集装箱涂料如Megamar170水性环氧磷酸锌底漆与Megamar200丙烯酸面漆配套已应用于集装箱涂装中。2004年,我国维新制漆集团深圳公司与中集集团合作开发的水性集装箱内外侧涂料配套体系分别通过了美国F.D.A的认可和国际集装箱标准化委员会规定的K.T.A实验室认证。至2007年底,深圳维新制漆厂已为中集集团生产了 ISO ICC型集装箱 1000TEU,约10t各种水性集装箱涂料。2008年3月在世界箱东会议上,美国 Valspar公司提出新的水性集装箱涂料配套方案,该方案全部采用水性单组分涂料,省去了富锌底漆,宣称该配套能达到5年防腐要求。2008年,Hempl、中涂化工、关西等都加大了对水性集装箱涂料的研究开发力度,并在3000只TEU集装箱上进行了试涂。

    目前,阻碍集装箱涂料水性化的原因主要有两个方面:一方面是箱厂没有与水性集装箱涂料工艺相适应的喷涂设备和加热烘干设备 ,要使国内大部分集装箱生产线进行水性化改造,尚需较长时间;另一方面是由于目前集装箱生产效率较高,单线每天产量最高达到300TEU以上,而水性涂料的干燥速度难以适应快速生产节奏。涂料是否能在集装箱行业得到大范围推广应用 ,尚需较长时间的研究 。

    在集装箱涂装工艺方面,各集装箱制造商纷纷探讨多元化的涂料方式,中集集团于2007年研制并投入使用车间底漆辊涂生产线和全自动涂装生产线。底漆辊涂生产线原理和PCM的涂装方式类似,减少了涂装中溶剂的加入量,并大大减少了涂装时的涂料损耗。全自动喷涂生产线则打破过去手工喷涂工艺,采用机械手自动喷涂,大大节省了喷涂时间,提高涂装效率。虽然目前这两种工艺尚需进一步完善,但它代表 了未来集装箱涂装技术的发展方向。实现涂装工艺现代化 、自动化 ,可以大大节省劳动力成本,真正实现产业的持续和快速 发展。


2.3桥梁建设

    铁路和公路桥梁用涂料包括新建和维修保养两个系列。根据桥梁所处地理位置和腐蚀环境的不同, 所选择的防腐配套也有所不同。目前,新建桥梁防腐配套方案设计依据标准有:ISOl2944 《钢结构防护涂料 系统的防腐蚀保护》 (Corrosion Protection of Steel Structures by Proctive Paint Systems); JT/T 722-2008《公路桥梁钢结构防 腐涂装技术条件》TB/T 1527-2004《铁路钢桥保护涂装》等 。

    在桥梁钢结构防腐保护中,金属喷涂 (锌 、铝或锌铝合金 )、水性富锌底漆、无机富锌底漆及环氧富锌底漆是经常采用的防腐底涂层。采用金属热喷涂对钢结构进行防腐保护的措施,在国内外已经有几十年的成功应用经验。美国联邦公路管理局FHWA-RD-96-058报告中指出,热喷涂至少可以保证30年的有效使用期。英国标准BS5493中规定无论何种环境,防腐年限在15 年以上主张采用金属喷涂防腐 (如喷锌、喷铝)。在英国新建的桥梁中,90%以上采用热喷涂金属镀层和防腐蚀涂料结合的保护方案。我国于1997年对热喷涂国家标准 进行了修订 ,即GB/T9793—19976《金属和其它无机覆盖层一热喷涂锌、铝及其合金》。我 国交通部 JTJ041—2000 《公路桥涵施工技术规范》和铁道部 TB/T 1527-2004 《铁路钢桥保护涂装》中明确规定以热 喷涂 为钢桥 梁防腐蚀的有效方法。 在铁路钢桥上 ,我国一直推荐在钢梁和箱梁上盖板应用喷锌/喷铝和有机涂料相结合的复合保护 。从20世纪90年代开始,我国先后有十几座桥梁钢结构应用该涂装方案,如 浙江千岛湖南浦大桥、香港青马大桥、海南琼州大桥及舟山桃天门大桥等。

    富锌底漆包括水性无机富锌底漆和溶剂型富锌底漆两类,其中溶剂型富锌底漆又分为醇溶型无机富锌底漆和环氧富锌底漆两种。水性无机富锌不含有机溶剂 ,属于绿色环保型涂料。据美国国家航空航天总署 (NASA)报告 ,在各类富锌 涂料中,耐腐蚀性最佳的为水性无机富锌涂料,它在海洋大气条件下的使用寿命至少为25年。醇溶性无机富锌底漆是目前国内长效重防 腐配套体 系中应用最多的底漆,但在使用过程 中存在不能一次喷涂太厚,否则漆膜会产生龟裂问题。环氧富锌底漆施工性较好,对底材的表面处理要求较低,表面清洁度达到 Sa2.5级 ,局部只能手工处理 的 部位 (St3级 )也可以使用,粗糙度要求Rz40~60vm。溶剂型富锌底 漆优异的施工性和耐腐蚀性被广大用户所接受,近年来在国内诸多桥梁钢结构防腐涂装中得到广泛应用,如厦门海沧大桥和万州铁路长江大桥采用的是环氧富锌底漆+环 氧云铁中间漆+聚氨酯面漆 (丙烯 酸聚氨酯 、氟碳涂料 )的防腐配套 。

    热浸镀锌也是钢构桥梁重要的 防腐处理工艺,主要针对桥梁的较 小部件,比如钢护栏、灯杆等。然 后再以环氧云铁和聚氨酯面漆进行双重系统的保护处理。在桥梁上使用热镀锌工艺最多的悬素 、吊素和 斜拉钢丝。

    目前,国内桥梁钢结构防腐用面漆氯化橡胶、高氯化聚乙烯、丙烯酸聚氨酯,氟碳涂料及聚有机硅氧烷涂料几类。实践发现 ,以氯化橡胶涂料及高氯化聚乙烯涂料做面漆的配套涂层,经2~3年使用涂层发生粉化,因此,性能更优越的丙烯酸聚氨酯 、氟碳涂料、聚有机硅氧烷涂料将在未来桥梁防腐中作为主要防腐面漆使用。表2列出为我国桥梁钢结构各部位主要的防 腐涂装配套体系。

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    桥梁的维护保养比新建桥梁防腐涂装复杂得多。桥梁的维护通常由于受到环境污染、噪音、交通、季节及作业时间的限制 ,所以其维护难度很大。经历了几十年的使用, 我国大部分铁路钢桥进入维修期, 涂层已出现不同程度的锈蚀、粉化及脱落现象。我国既有钢桥以前大部分采用的是醇酸类涂料进行防腐,所以如果采用目前常用的防腐涂装配套,会出现咬底 、附着力不好等配套性差的问题,具有一定的困难,目前较多使用一种弱溶剂型环氧涂料 (界面涂料)对新旧涂层进行过渡的方法。

    其他行业如冶金 、风力发电、 机械制造、汽车、港口机械及核电站建设等领域均需大量工业防腐涂料,防腐涂料在这些行业的应用情况不再一一列举。


3 工业防腐涂料行业发展现状

    改革开放30年来,我国工业防腐涂料的水平有了长足的进步。不断开发出高性能的涂料品种,并陆续在国家大型工程中得到应用。但整体水平与国外相比,仍有较大的差距,主要表现在以下几个方面。

    一是生产企业多、规模小、分布广、效益低 。无法与国外大公司竞争。一些小的涂料企业应考虑如何提高产品的竞争力和盈利能力 。国家的相关扶持政策并不等于小企业的“保护伞”,涂料企业也应及时调整生产结构,提高生产效率,规范管理模式,提高产品品质。

    二是涂料生产企业自主创新能力相对不足 ,缺少核心竞争力。国内涂料企业要想在重防腐领域有更大的作为 ,当务之急是提高技术创新能力,开发出更多符合时代要求的环保、节能、性价比高的个性化新产品 ,从而提高企业自身的核心竞争力。

    三是涂料生产企业专业化程度不高,配套不全。大多数涂料生产厂生产的涂料品种很多,但针对防腐的某一特定市场往往不能提出合理科学的配套。另外,部分国内涂料生产企业对涂料施工环节、施工现场的技术指导和技术服务重视程度不够。因此,企业还应在这些方面加大力度,走产品专业化,服务专业化的道路。

    四是涂料生产企业往往比较重视对产品性能的研究 ,而对涂料配套体系和施工工艺研究不足。因此,企业应在涂料施工方面大下功夫,要从涂料涂装一体化的理念出发,重视对涂料施工阶段的研究,不断优化和提升产品的综合性能,提高涂料配套体系的科学性和合理性,适应不同腐蚀环境的要求 。

    五是标准化水平低。近年来,有关防腐涂料的行业标准相继出台,目的是使工业防腐涂料行业健康、科学地发展。但有些企业对标准重视程度不够,对标准的法律意义及其严格性不了解 。在生产与应用中,不按行业标准执行,炒作概念,说明书与产品质量不符等现象,迷惑用户。另外,有些行业标准的权威性、代表性及严格性不够,不能代表产品真实水平等问题。这些问题不解决,对我国防腐涂料行业持续、健康地发展将是极大的障碍。

    六是品牌建设力不够。涂料企业应加大对自身涂料品牌的建设,加大全国范围的影 响力打造。企业在开辟市场的同时,扩大品牌的影响力,并以品牌影响力作为销量的支持,相辅相成,这样企业才能更快的发展。


4 工业防腐涂料未来发展方向

    根据报道,到2020年,我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%,在国家减排总体目标下,污染排放严重的传统溶剂型涂料在工业领域的比例势必会逐年降低。如何降低涂料行业VOC排放,发展循环经济,寻找一条适合中国预料产业的“低碳”经济发展路线,将成为2010年,乃至国家“十二五”规划中对于涂料产业健康、持续发展尤为关键的措施。工业防腐作为涂料产业一个重要组成部分,应积极推动节能减排目标的实现 。因此,高性能、低能耗和低污染的新型涂料品种仍然是工业防腐行业的重要发展方向。


4.1 水性工业防腐涂料

    水性防腐涂料近年来被越来越多地关注,作为一种低污染的绿色环保涂料,将成为未来世界涂料市场主角。据不完全统计,我国工业防腐涂料年需求量在170万吨左右,其中可由水性工业防腐涂料替代的达100万吨。可广泛应用于石油化工、汽车、铁路、船舶、集装箱等各个领域而这些领域以前全部使用溶剂型涂料,每年的有机溶剂挥发量达80万吨,资源浪费达30多亿元,不仅带来巨大的环境危害,也浪费了大量的资源。因此,在“绿色环保 、节能减排”的大背景下,采用水性工业防腐涂料势在必行。

    我国水性工业防腐涂料研究起步较晚,在应用中仍存在一些问题,主要表现在:水性防腐涂料由于干燥速度较慢,不能满足生产线快速流水作业;水性防腐涂料在桥梁、铁路、户外钢结构防腐等方面均有应用要求,目前国产水性防腐涂料某些性能达不到同类溶剂型防腐涂料水平;水性防腐底漆及配套性研究欠缺。与国外相比,也存在一定差距。在汽车涂装方面,欧洲和北美国家在中涂和金属底色漆方面均已水性化 ,水性罩光清漆已部分被使用,但国内此方面报道较少 。


4.2 粉末涂

    粉末涂料是一种省能源、省资源、低污染的环保型涂料。由于世界各国对能源的需求越来越大,降低能源消耗,保护环境成为主要的发展方向。因此,开发可低温固、高耐候性、装饰性强及可薄涂的粉末涂料将是今后的主要发展方向。

    另外,聚酯粉末涂料目前主要用固化剂为TGIc(三缩水甘油异氰脲酸酯 )。由于其具有一 定毒性,欧美等国家近年来 已逐渐取消对其使用, 用羟烷基酰胺(HAA)、四甲氧基甘脲及低环氧化合物等。还出现了近红外及紫外固化粉末涂料,其优点是降低固化温度、提高固化速度。而我国在这些方面相关报道较少,将成为今后粉末涂料的主要研究方向。


4.3 高固体份涂

    高固体份涂料 (HSC)通常指的是体积固含量 (V%)60%或重量固含量 (w%)在 以上的涂料。随着环保要求的日益增高高固体份涂料市场需求量越来越多。高固体份涂料是目前发展最快,应用量最广的涂料品种之一。近年来,聚有机硅氧烷、聚天门冬氨酸酯及无溶剂环氧涂料等高固体份涂料均已在重f厝领域得到应用,将是未来主要的防腐涂料品种。喷涂聚脲弹性体技术 (spray Polyurea Elastomer,简称 SPUA)是适应环保要求而研究开发的另一种新型无溶剂、无污染的喷涂料施工和防腐技术,具有广阔应用前景,将成为今后行业重点研究的热点。

    高固体份涂料由于其施工性能及所需的施工条件与现有溶剂型涂料基本相同,将在今后工业防腐领域应用中占重要比例。因此,今后的主要研究方向是如伺提高这些产品的固体含量到70%以上,这样可以有效减少溶剂挥发量的1/4左右。


4.4 低表面处理涂料

    在钢结构防腐涂装中,为了保证涂层防腐质量 ,需要对钢结构进行喷砂前处理,通常要达到Sa2.5级 。使整个工程造价大幅提高 (喷砂前处理占整个工程 30%~40%),同时也会造成强烈的粉尘和噪声污染。另外,近年来,国内外大量海上工程建筑、桥梁、电力铁塔等进入维修期,需要对旧有涂层进行重新涂装 。而在这些已建钢结构的基础上进行喷砂处理难度太大,通常使用人工除锈进行表面处理 ,很难达到sa2.5级。因此开发对涂装前钢结构表面前处理要求等级较低的低 处理涂料且有十分重要的意义 。早期发展的低表面处理涂料防腐寿命低,不利于环保。随着科学的发展,低表面处理涂料将向多功能、长效防腐、节能环保及施工简单等方向发展。

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