一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層及其施工方法，其中防護(hù)涂層采用三層結(jié)構(gòu)，底層采用電化學(xué)方法在鋼件表面聚合一層聚吡咯薄膜，中間層為環(huán)氧涂層，面層為聚氨酯丙烯酸、環(huán)氧丙烯酸、聚脲涂層中的一種；施工方法為先將工件打磨處理，然后在表面恒電位聚合一層聚吡咯薄膜，再依次涂覆環(huán)氧涂層與面層；本發(fā)明海工構(gòu)件防護(hù)方法所得涂層具有良好的結(jié)合力、防腐性和耐候性，海洋環(huán)境服役壽命長，可用于海洋鋼構(gòu)件的長效防護(hù)。
【專利說明】一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層及其施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海洋重防腐涂料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層及其施工 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著海洋開發(fā)的推進(jìn)，杭州灣跨海大橋、舟山跨海大橋、青島海灣大橋等 陸續(xù)建成，其他各種已建、在建及規(guī)劃建設(shè)的海上勘測平臺、采油平臺、海上集油氣管道、船 舶、港口碼頭、跨海橋梁等海洋工程如雨后春筍出現(xiàn)，迫切需要海洋防腐性能更好、服役壽 命更長的重防腐涂層技術(shù)。目前主要采用重防腐涂料對海洋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，主要有環(huán) 氧、聚酯、聚氨酯、醇酸樹脂、酚醛樹脂、氟碳樹脂、過氯乙烯樹脂、氯化橡膠、氯化聚乙烯等 多種涂層應(yīng)用于海洋防腐蝕工程中。中國專利（ZL200810012658.9，ZL200810012655.5， ZL200810012659. 3)介紹了聚苯胺改性玻璃鱗片樹脂重防腐涂料，涂料由環(huán)氧或聚酯或乙 烯基酯樹脂、聚苯胺改性玻璃鱗片、固化劑等組成。中國專利（200810190125. X)介紹了一 種混凝土結(jié)構(gòu)重防腐納米復(fù)合涂層及防護(hù)方法，涂層由納米改性環(huán)氧封閉涂料、納米改性 環(huán)氧云鐵中間漆及納米改性含氟聚氨酯等面漆組成，比傳統(tǒng)防腐壽命有所提高，但是其涂 層的強(qiáng)度、附著力，韌性以及耐蝕性等仍然不能滿足長期使用的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用聚吡咯作為底層 的海工構(gòu)件防護(hù)涂層及其施工方法。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種海工構(gòu)件防護(hù)涂層，該防護(hù)涂層包括三層結(jié)構(gòu)，底層是聚吡咯薄膜，中間層為 環(huán)氧層，面層為聚氨酯丙烯酸、環(huán)氧丙烯酸、聚脲涂層中的一種。
[0006] 所述的一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層，所述底層厚度可以為5-30 μ m，中間層厚度可以為 100-800 μ m，面層厚度可以為50-400 μ m。
[0007] -種以上所述的海工構(gòu)件防護(hù)涂層的施工方法，包括以下步驟：
[0008] (1)對構(gòu)件進(jìn)行打磨預(yù)處理，除去銹蝕、油污和疏松層；
[0009] (2)將工件清洗干凈，在含0. lmol/L吡咯、0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中 通高純氮?dú)?-10min，以工件為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，以石墨、鋼板或鉬片為 輔助電極，在〇. 8V-1. 0V條件下恒電位聚合1-5分鐘，獲得聚吡咯薄膜，作為底層；
[0010] (3)噴或涂覆環(huán)氧樹脂涂料作為中間層；
[0011] (4)最后噴或涂覆聚氨酯丙烯酸或環(huán)氧丙烯酸或聚脲涂料作為面層。
[0012] 所述的海工構(gòu)件防護(hù)涂層的施工方法，步驟（3)環(huán)氧樹脂涂料可以是以雙酚A型 環(huán)氧樹脂、酚醛改性環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、丙烯酸改性環(huán)氧樹脂、聚氨酯環(huán)氧樹脂、 羧酸或烷氧基硅烷改性環(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)的防腐涂料；可以為市售產(chǎn)品，如優(yōu)龍 ES301，YL101，阿克蘇諾貝爾E-12，604，華潤、立邦、多樂士、三棵樹、紫荊花及其他品牌的環(huán) 氧防腐涂料。
[0013] 所述的海工構(gòu)件防護(hù)涂層的施工方法，步驟（2)中所述的清洗可以是將步驟（1) 預(yù)處理后的構(gòu)件分別在丙酮、無水乙醇與水的體積比為1:1的飽和氫氧化鈉溶液、三氯甲 烷中依次各超聲波清洗l-5min，沖洗干凈。
[0014] 聚吡咯薄膜具有優(yōu)異的防腐性，采用電化學(xué)制備聚吡咯薄膜不僅工藝簡單，而且 薄膜的強(qiáng)度，附著力，內(nèi)聚力，韌性比聚苯胺要好。此外，聚吡咯可以在堿性條件下聚合，可 以為鋼鐵基材提供弱堿環(huán)境，增強(qiáng)其耐蝕性。采用聚吡咯薄膜作為基材的底層以提高涂層 體系的防腐性能還未見相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道?；诖耍景l(fā)明采用恒電位聚合法制備聚吡咯薄 膜做為底層，以提高后續(xù)涂層的附著力，耐蝕性；同時(shí)選用耐蝕性優(yōu)異的環(huán)氧涂層作為中間 層，耐候性好的聚脲、環(huán)氧丙烯酸和聚氨酯丙烯酸作為面層，制備海工構(gòu)件多層防護(hù)體系， 以滿足惡劣的海洋腐蝕環(huán)境下對海工構(gòu)件超長服役年限的要求。
[0015] 本發(fā)明采用了底層、中間層及面層三層結(jié)構(gòu)，每層各有特點(diǎn)，協(xié)同增強(qiáng)涂層的綜合 性能。底層聚吡咯薄膜采用電化學(xué)方法聚合，與基材結(jié)合力強(qiáng)，對鋼鐵具有鈍化作用，厚度 為5-30 μ m，當(dāng)厚度超過30 μ m后，涂層內(nèi)應(yīng)力增加，會導(dǎo)致薄膜脆性增加，附著力下降，影 響涂層整體防護(hù)性能，當(dāng)厚度小于5 μ m時(shí)，可能會出現(xiàn)成膜不完整現(xiàn)象，降低對基材的保 護(hù)和鈍化作用。本發(fā)明電聚合工藝條件獲得的聚吡咯薄膜結(jié)合力、韌性、強(qiáng)度、耐蝕性良好。 環(huán)氧涂層作為中間層，在涂層體系中起屏蔽和耐蝕作用，主要為提高涂層系統(tǒng)的耐蝕性，厚 度為100-800 μ m，涂層過薄將降低涂層的屏蔽效果。面層采用環(huán)氧丙烯酸、聚氨酯丙烯酸或 聚脲涂層，其耐候性好，作用為提高涂層體系的耐候性、屏蔽性，以滿足海洋環(huán)境下超長服 役年限的要求，厚度為50-400 μ m，過厚將增加涂裝成本，太薄會影響涂層的耐候性，從而影 響使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為涂層電化學(xué)阻抗等效電路圖，其中a為浸泡初期等效電路圖，b為浸泡后期 等效電路圖，其中&表示極化電阻，R S()1表示溶液電阻，Rrt表示涂層電荷轉(zhuǎn)移電阻，Rw表示 擴(kuò)散電阻，Q。表示涂層的常相位角元件，Q dl表示涂層金屬界面雙電層電容的常相位角元件。

【具體實(shí)施方式】：
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的上述技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但絕不限制本發(fā)明 的范圍。實(shí)施例1
[0018] 采用砂紙對鋼板進(jìn)行打磨除銹，然后在丙酮中超聲波清洗2min，在無水乙醇/水 (體積比1:1)的飽和氫氧化鈉溶液中超聲波清洗2min，在三氯甲烷中超聲波清洗2min，沖 洗干凈。在含0. lmol/L吡咯和0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通高純氮?dú)鈒Omin，將 鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以石墨板作為輔助電極，在0.8V下恒電 位聚合2分鐘，獲得厚度為10 μ m聚吡咯薄膜；然后刷涂優(yōu)龍（北京）重防腐涂料有限公司 ES301無溶劑環(huán)氧樹脂涂料3道，放置固化24小時(shí)，干膜厚度為800 μ m，再刷涂2道山東科 耀化工有限公司VA-1018環(huán)氧丙烯酸面漆，放置固化36小時(shí)，涂層干膜厚度為220 μ m。
[0019] 經(jīng)過上述涂裝施工，漆膜總厚度約1030 μ m，防腐效果良好。經(jīng)過檢測，防護(hù)涂層與 基材的結(jié)合力、耐候性、防腐性能滿足建設(shè)單位設(shè)計(jì)年限的要求。
[0020] 實(shí)施例2
[0021] 采用砂紙對鋼板進(jìn)行打磨除銹，然后在丙酮中超聲波清洗2min，在無水乙醇/水 (體積比1:1)的飽和氫氧化鈉溶液中超聲波清洗5min，在三氯甲烷中超聲波清洗3min，沖 洗干凈。在含0. lmol/L吡咯和0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通高純氮?dú)?min，將 鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以鋼板作為輔助電極，在0.9V下恒電位 聚合3分鐘，獲得厚度為25 μ m聚吡咯薄膜；然后刷涂華川HCH01-18環(huán)氧樹脂涂料3道，放 置固化24小時(shí)，干膜厚度為600 μ m，再刷涂2道天津安德隆科技公司DM-102環(huán)氧丙烯酸面 漆，放置固化36小時(shí)，涂層干膜厚度為130 μ m。
[0022] 經(jīng)過上述涂裝施工，漆膜總厚度約755 μ m，防腐效果良好。經(jīng)過檢測，防護(hù)涂層與 基材的結(jié)合力、耐候性、防腐性能滿足建設(shè)單位設(shè)計(jì)年限的要求。
[0023] 實(shí)施例3
[0024] 對采用砂紙對工件進(jìn)行預(yù)打磨除銹，然后在丙酮中超聲波清洗lmin，無水乙醇/ 水（體積比1:1)的飽和氫氧化鈉溶液中超聲波清洗3min，三氯甲烷中超聲波清洗3min，沖 洗干凈。在含0. lmol/L吡咯和0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通高純氮?dú)?min，將 鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以鉬片作為輔助電極，在1.0V下恒電位 聚合5分鐘，獲得厚度為30 μ m聚吡咯薄膜；然后噴涂阿克蘇諾貝爾粉末涂料寧波有限公司 環(huán)氧型粉末涂料2道，180°C固化20分鐘小時(shí)，干膜厚度為240 μ m，再刷涂四川星源特種涂 料有限公司XJ-4003聚氨酯丙烯酸涂料2道，涂層干膜厚度為400 μ m。
[0025] 經(jīng)過上述涂裝施工，漆膜總厚度約600 μ m，防腐效果良好。經(jīng)過檢測，防護(hù)涂層與 基材的結(jié)合力、耐候性、防腐性能滿足建設(shè)單位設(shè)計(jì)年限的要求。
[0026] 實(shí)施例4
[0027] 采用砂紙對鋼板進(jìn)行預(yù)打磨除銹，然后在丙酮中超聲波清洗3min，無水乙醇/水 (體積比1:1)的飽和氫氧化鈉溶液中超聲波清洗lmin，三氯甲烷中超聲波清洗5min，沖洗 干凈。在含0. lmol/L吡咯和0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通高純氮?dú)鈒Omin，將 鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以石墨板作為輔助電極，在0.9V下恒電 位聚合3分鐘，獲得厚度為22 μ m聚吡咯薄膜；然后噴涂杜邦公司PRIMEP0XP6環(huán)氧涂料2 道，固化24小時(shí)，干膜厚度為260 μ m，再噴涂江蘇金陵特種涂料有限公司聚脲涂料2道，干 膜厚度為220 μ m。
[0028] 經(jīng)過上述涂裝施工，漆膜總厚度約502 μ m，防腐效果良好。經(jīng)過檢測，防護(hù)涂層與 基材的結(jié)合力、耐候性、防腐性能滿足建設(shè)單位設(shè)計(jì)年限的要求。
[0029] 實(shí)施例5
[0030] 采用砂紙對鋼板進(jìn)行預(yù)打磨除銹，然后在丙酮中超聲波清洗3min，在無水乙醇/ 水（體積比1:1)的飽和氫氧化鈉溶液中超聲波清洗2min，在三氯甲烷中超聲波清洗5min， 沖洗干凈。在含〇. lmol/L吡咯和0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通高純氮?dú)?0min， 將鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以鋼板作為輔助電極，在〇. 85V下恒電 位聚合3分鐘，獲得厚度為23 μ m聚吡咯薄膜；噴涂常州光輝化工有限公司環(huán)氧防腐涂料 3道，固化24小時(shí)，干膜厚度為450 μ m，再噴涂四川祥和涂料有限公司聚氨酯丙烯酸涂料2 道，干膜厚度為180 μ m。
[0031] 經(jīng)過上述涂裝施工，漆膜總厚度約653 μ m，防腐效果良好。經(jīng)過檢測，防護(hù)涂層與 基材的結(jié)合力、耐候性、防腐性能滿足建設(shè)單位設(shè)計(jì)年限的要求。
[0032] 實(shí)施例6
[0033] 采用砂紙對鋼板進(jìn)行預(yù)打磨除銹，然后在丙酮中超聲波清洗3min，在無水乙醇/ 水（體積比1:1)的飽和氫氧化鈉溶液中超聲波清洗lmin，在三氯甲烷中超聲波清洗4min， 沖洗干凈。在含〇. lmol/L吡咯和0. lmol/L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通高純氮?dú)?min， 將鋼板作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以鋼板作為輔助電極，在〇. 85V下恒電 位聚合1分鐘，獲得厚度為5 μ m聚吡咯薄膜；噴涂常州光輝化工有限公司環(huán)氧防腐涂料2 道，固化24小時(shí)，干膜厚度為100 μ m，再噴涂四川祥和涂料有限公司聚氨酯丙烯酸涂料1 道，干膜厚度為50 μ m。
[0034] 經(jīng)過上述涂裝施工，漆膜總厚度約155 μ m，防腐效果良好。經(jīng)過檢測，防護(hù)涂層與 基材的結(jié)合力、耐候性、防腐性能滿足建設(shè)單位設(shè)計(jì)年限的要求。
[0035] 以上實(shí)施例采用了底層、中間層及面層三層結(jié)構(gòu)，每層各有特點(diǎn)，協(xié)同增強(qiáng)涂層的 綜合性能。底層聚吡咯薄膜采用電化學(xué)方法聚合，與基材結(jié)合力強(qiáng)，對鋼鐵具有鈍化作用， 厚度為5-30 μ m，當(dāng)厚度超過30 μ m后，涂層內(nèi)應(yīng)力增加，會導(dǎo)致薄膜脆性增加，附著力下 降，影響涂層整體防護(hù)性能，當(dāng)厚度小于5 μ m時(shí)，會出現(xiàn)成膜不完整現(xiàn)象，降低對基材的保 護(hù)和鈍化作用。本發(fā)明電聚合工藝條件獲得的聚吡咯薄膜結(jié)合力、韌性、強(qiáng)度、耐蝕性良好。 環(huán)氧涂層作為中間層，在涂層體系中起屏蔽和耐蝕作用，主要為提高涂層系統(tǒng)的耐蝕性，厚 度為100-800 μ m，涂層過薄將降低涂層的屏蔽效果。面層采用環(huán)氧丙烯酸、聚氨酯丙烯酸或 聚脲涂層，其耐候性好，作用為提高涂層體系的耐候性、屏蔽性，以滿足海洋環(huán)境下超長服 役年限的要求，厚度為50-400 μ m，過厚將增加涂裝成本，太薄會影響涂層的耐候性，從而影 響使用壽命。
[0036] 將以上實(shí)施例1-6所得涂層分別命名為：1#涂層、2#涂層、3 #涂層、4#涂層、5#涂層 和6#涂層。將不含聚吡咯底層，其他完全按照實(shí)施例2方法制備的只含中間層和面層的試 樣作為對比，命名為〇#涂層，測量在模擬海水中不同浸泡時(shí)間下的涂層阻抗并模擬等效電 路，計(jì)算涂層極化電阻R p。阻抗測試結(jié)果的等效電路如圖1所示，（a)浸泡初期，& = 1^， (b)浸泡后期，Rp = ，其中Rp表示極化電阻，RS()1表示溶液電阻，表示涂層電荷轉(zhuǎn)移 電阻，Rw表示擴(kuò)散電阻，相應(yīng)的阻抗稱為Warburg阻抗，Q。表示涂層的常相位角元件，Qdl表 示涂層金屬界面雙電層電容的常相位角元件。表1為計(jì)算所得Rp值，由表1可知，隨著溶 液滲入涂層，無聚吡咯底層的涂層R p下降快，而有聚吡咯底層的涂層體系Rp下降慢，表明本 發(fā)明涂層體系的耐蝕性更好。
[0037] 表1電化學(xué)阻抗譜模擬等效電路圖Rp值

【權(quán)利要求】
1. 一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層，其特征在于，該防護(hù)涂層包括三層結(jié)構(gòu)，底層是聚吡咯薄 膜，中間層為環(huán)氧層，面層為聚氨酯丙烯酸、環(huán)氧丙烯酸、聚脲涂層中的一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海工構(gòu)件防護(hù)涂層，其特征在于，所述底層厚度為 5-30 μ m，中間層厚度為100-800 μ m，面層厚度為50-400 μ m。
3. -種權(quán)利要求1所述的海工構(gòu)件防護(hù)涂層的施工方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對構(gòu)件進(jìn)行打磨預(yù)處理，除去銹蝕、油污和疏松層； (2) 將工件清洗干凈，在含0.1 mol/L吡咯、0.1 mol/ L十二烷基磺酸鈉的水溶液中通 高純氮?dú)?-10 min，以工件為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，以石墨、鋼板或鉬片為 輔助電極，在〇. 8V-1. 0V條件下恒電位聚合1-5分鐘，獲得聚吡咯薄膜，作為底層； (3) 噴或涂覆環(huán)氧樹脂涂料作為中間層； (4) 最后噴或涂覆聚氨酯丙烯酸或環(huán)氧丙烯酸或聚脲涂料作為面層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海工構(gòu)件防護(hù)涂層的施工方法，其特征在于，步驟（3)環(huán)氧樹 脂涂料是以雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛改性環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、丙烯酸改性環(huán)氧樹 月旨、聚氨酯環(huán)氧樹脂、羧酸或烷氧基硅烷改性環(huán)氧樹脂為主要成膜物質(zhì)的防腐涂料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海工構(gòu)件防護(hù)涂層的施工方法，其特征在于，步驟（2)中所述 的清洗是將步驟（1)預(yù)處理后的構(gòu)件分別在丙酮、無水乙醇與水的體積比為1:1的飽和氫 氧化鈉溶液、三氯甲烷中依次各超聲波清洗l_5min，沖洗干凈。
【文檔編號】B32B27/06GK104085158SQ201410328606
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】李保松, 張薇薇, 張磊, 于洋 申請人:南通河海大學(xué)海洋與近海工程研究院, 河海大學(xué)