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在石油石化工業(yè)中，油田油氣集輸管道、注水井、原油分離器、換熱器等一些設備的內壁腐蝕情況非常嚴重，除了單純的高溫、介質腐蝕破壞之外，還常常伴有設備間的摩擦、液態(tài)輸送介質沖刷等機械性破壞。對比液體介質的腐蝕作用，原油和油田污水等介質對管道設備的損壞最為嚴重，其成分復雜，溶解了復雜的鹽類和氣體，在采油過程中還攜帶了許多泥沙顆粒等，在輸送過程中對管道內壁腐蝕性強，沖刷磨損能力大，較為有效的防腐措施是涂刷耐磨蝕和耐化學品等性能優(yōu)異的柔性陶瓷重防腐涂料。

柔性陶瓷涂料是以環(huán)氧樹脂為成膜物質，陶瓷粉作為耐磨填料的可常溫固化的雙組分涂料，涂層同時具有陶瓷的剛性和樹脂的韌性。近年來，隨著相關領域防腐蝕需求日益增加，一些國際公司陸續(xù)推出了重防腐耐磨陶瓷涂料的概念和相關產品，美國Freecom公司設計配置了賽克54（CK-54）先進陶瓷涂層材料、韓國京興產業(yè)（株）會社研制生產的Atometal金屬陶瓷涂料以及德國CeramicPolymerGmbh公司開發(fā)的CP陶瓷油漆已在石油石化許多領域得到廣泛應用，且效果較好。

目前國內涂料公司在柔性陶瓷重防腐涂料領域還沒有性能優(yōu)異的產品。基于以上背景，針對這些特殊腐蝕環(huán)境，本文研制了一種高耐磨柔性陶瓷重防腐涂料，具備耐磨蝕、耐高溫、耐化學品性等綜合性能，滿足海上平臺及海上油氣生產等一些處于特殊腐蝕環(huán)境下的裝備和設施如集輸管道、原油分離器、開排沉箱、彎管等所需的耐沖刷磨蝕、耐溫及耐化學介質腐蝕的需求。

酚醛環(huán)氧樹脂、雙酚F環(huán)氧樹脂：臺灣南亞公司；脂環(huán)胺固化劑：美國氣體化學公司；二氧化鈦：金紅石型；分散劑：畢克公司；消泡劑：BASF公司；碳化硅：山田研磨材料有限公司；氧化鋁：山東無棣齊星鋁材有限公司；溶劑均為市售的工業(yè)品；稀釋劑：自制。

按表1配方依次加入酚醛環(huán)氧樹脂、雙酚F環(huán)氧樹脂、混合溶劑、分散劑和消泡劑攪拌均勻，然后加入觸變劑、顏料和填料，攪拌均勻后進行研磨，直至達到規(guī)定細度，調節(jié)黏度，得到柔性陶瓷涂料A組分。

表1柔性陶瓷涂料基礎配方

用于附著力（劃格法）、柔韌性、耐沖擊性測試的樣板均按照相關化工行業(yè)標準的要求制備，涂膜采用空氣噴涂法，其膜厚均在（20±3）μm；拉開法附著力、耐鹽霧、耐酸、耐堿測試采用3mm鋼板，其制備過程如下：樣板表面除油噴砂處理，對樣板背面噴涂環(huán)氧厚漿型涂層進行保護處理，空氣噴涂柔性陶瓷涂料，膜厚250μm。

柔性陶瓷涂料的性能測試方法見表2。

表2柔性陶瓷涂料性能測試方法 

2.1.1基體樹脂的選擇

該柔性陶瓷重防腐涂料主要應用于沖刷磨損、化學品介質以及高溫等腐蝕環(huán)境，而傳統(tǒng)雙酚A型環(huán)氧樹脂-聚酰胺固化劑由于其交聯(lián)密度低，因此其耐磨、耐溫、耐溶劑和耐化學品性能欠佳。而且該體系玻璃化溫度在50℃左右，介質溫度高于玻璃化溫度時，腐蝕介質對涂層的滲透性大大提高，因此其耐介質溫度只能低于其玻璃化溫度。為了解決普通環(huán)氧樹脂對上述腐蝕環(huán)境防腐能力的不足，在對傳統(tǒng)樹脂體系的交聯(lián)密度以及玻璃化溫度進行提升的同時，還要保證樹脂和固化劑在常溫下能夠充分固化。

酚醛環(huán)氧樹脂官能度大，若采用同一固化劑，酚醛環(huán)氧樹脂最終固化成膜的交聯(lián)密度較大，玻璃化溫度也較高，因此本研究選擇酚醛環(huán)氧樹脂作為柔性陶瓷涂料的主體樹脂。但是，交聯(lián)密度太大會使涂料剛性太強，機械性能變差，且玻璃化溫度太高會使固化反應不完全，影響涂料耐化學品性能。雙酚F環(huán)氧樹脂按照分子結構也屬于酚醛環(huán)氧樹脂，但其官能度相對較低、黏度低、體系玻璃化溫度也較低。因此，本研究選擇酚醛環(huán)氧樹脂與雙酚F樹脂混合使用，在控制A組分固含量以及其他組分比例不變的情況下，選擇脂環(huán)胺作為固化劑，加入一定量增塑劑，研究不同樹脂配比對涂料黏度、物理機械性能、耐磨、耐酸以及耐熱水性能的影響，結果見表3。

表3不同樹脂配比對陶瓷涂料性能影響

從表3可以看出，酚醛環(huán)氧樹脂含量太高，涂料物理機械性能及耐酸和耐高溫水性能較差，這是由于涂料交聯(lián)密度太高使涂膜過于剛硬且涂料固化程度較低造成；但雙酚F樹脂含量高，則涂料耐磨性能變差。綜合考慮涂料各種性能，選擇m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3作為柔性陶瓷涂料樹脂體系。

2.1.2固化劑的選擇

傳統(tǒng)聚酰胺固化劑雖然防腐性和耐水性比較優(yōu)異，但其固化體系的耐化學品性、耐磨性較差。而耐化學品性較好的芳香胺固化劑在常溫下無法與酚醛環(huán)氧樹脂充分固化且其毒性較大。脂肪胺固化劑在常溫下與酚醛環(huán)氧樹脂有較高的固化程度，但其固化物的耐化學品性不如脂環(huán)胺固化劑。雖然脂環(huán)胺固化劑與酚醛環(huán)氧樹脂完全反應玻璃化溫度較高，但因樹脂中含有玻璃化溫度較低的雙酚F樹脂。因此，本研究選擇常溫下可以充分固化，同時固化物耐磨性、耐化學品性比較優(yōu)異的脂環(huán)胺作為固化劑。脂環(huán)胺固化劑的種類比較多，選擇2種不同結構的脂環(huán)胺固化劑A和B（分子結構如圖1）進行性能對比，按照基礎配方，其中樹脂為m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3，顏基比為3.5∶1，陶瓷粉選擇氧化鋁碳化硅云母粉復配，結果見表4。

表4 不同固化劑對陶瓷涂料性能影響

從表4可以看出，固化劑A的性能優(yōu)于固化劑雖然固化劑B的官能度大于固化劑A，但是由于有1個氨基基團位于分子中間，較難與樹脂中的環(huán)氧基團反應，造成固化程度不足，因此對涂料耐化學品性造成不良影響。本研究選擇固化劑A（異佛爾酮二胺）作為柔性陶瓷涂料固化劑，其分子結構中既含有脂環(huán)胺的結構又含有脂肪胺的結構，反應活性較高，反應速度較快，常溫下可充分固化且可以減少固化促進劑的使用。

圖1 2種固化劑的分子結構圖

同時，針對脂環(huán)胺固化的高交聯(lián)密度體系，增塑劑的使用非常重要，其可以降低體系的玻璃化溫度，提高固化程度，增加涂料的柔韌性，一般用于固化液體環(huán)氧樹脂的脂環(huán)胺固化劑中均含有一定量的增塑劑。苯甲醇作為一種最常用的增塑劑，在環(huán)氧-胺固化體系中廣泛應用。但是其使用量過高會對體系的耐化學品性有很大的負面影響。本研究通過試驗確定其用量為樹脂用量的7.5%。

2.1.3顏基比的確定

當顏填料PVC較小時，顏填料對樹脂的填充程度不足，體系的致密性較小，因此耐腐蝕介質滲透性下降，耐酸、耐化學品性能下降，且涂料成本上升。若顏填料PVC過高，大于其CPVC時，顏填料無法被樹脂完全包覆，部分顏填料顆粒游離在樹脂空間結構空隙之外，導致涂層與基材之間的結合受到影響，其他耐性以及物理機械性能也會下降。以m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3作為柔性陶瓷涂料基體樹脂，選擇異佛爾酮二胺作為固化劑，保持其他組分含量不變，考察不同顏基比對陶瓷涂料性能的影響，結果如表5所示。

表5 顏基比對陶瓷涂料性能影響

柔性陶瓷涂料因其耐磨、耐化學品性能要求，需保證在不超過顏填料CPVC的前提下，盡量提高顏填料的致密度。從實驗結果可以看出，當顏基比為3.5∶1時陶瓷涂料性能最佳，說明該配比時顏填料的體積濃度達到或接近其臨界體積濃度，因此，陶瓷涂料顏基比選擇3.5∶1。

2.1.4陶瓷粉的選擇

高耐磨性是柔性陶瓷涂料的重要性能指標，除了通過選擇合適的樹脂和固化劑來增加體系交聯(lián)密度之外，選擇不同類型以及不同粒徑的耐磨陶瓷粉配伍使用也是增加耐磨性的有效方法。同時，柔性陶瓷涂料為高固含涂料，需選擇吸油量小的填料來降低涂料黏度。常見的陶瓷粉有氧化鋯粉、氧化鋁粉、氧化硅粉、氮化硼粉、碳化硅粉和莫來石粉等。實驗結果表明，選擇單一品種陶瓷粉作為填料，會使涂料的綜合性能下降。本研究陶瓷粉選擇氧化鋁、碳化硅和云母粉復配使用，通過試驗測試確定其最優(yōu)配比為4∶4∶2。

同時，選擇不同粒徑的陶瓷粉可以增加耐磨顆粒的致密性以及涂料的硬度，因此可以增加涂料的耐磨性、耐水性以及耐化學品性。保持其他粉料含量和比例不變，選擇500目、1000目、1500目碳化硅粉混合使用，與純1000目碳化硅粉配方進行性能對比，結果見表6。

表6 不同碳化硅目數(shù)對陶瓷涂料性能影響

從表6可以看出，采用不同目數(shù)的陶瓷粉混合使用，可以明顯增加陶瓷涂料的耐磨性能和耐酸、耐水性能。因此，本研究選擇不同目數(shù)的碳化硅并搭配氧化鋁粉和云母粉共同使用。

以m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3為基體樹脂，脂環(huán)胺作為固化劑，加入一定量增塑劑苯甲醇并選擇氧化鋁、碳化硅和云母粉作為陶瓷粉，顏基比為3.5∶1制得柔性陶瓷涂料。選擇一種市場上常見進口陶瓷涂料與柔性陶瓷涂料進行對比，按照1.4小節(jié)中性能測試方法對其進行性能測試，結果見表7。

表7 柔性陶瓷涂料與進口陶瓷涂料綜合性能對比

從表7可以看出，本研究制備的柔性陶瓷涂料耐化學品性、耐高溫性能、防腐性能、力學性能與國外進口陶瓷涂料相當，耐磨性能略優(yōu)于進口陶瓷涂料。

（1）以m（酚醛環(huán)氧）∶m（雙酚F）=7∶3為基料，以異佛爾酮二胺為固化劑，顏基比定為3.5∶1，以氧化鋁、碳化硅、云母粉為陶瓷粉，研制出柔性陶瓷重防腐涂料。

（2）所研制的柔性陶瓷涂料具有良好的物理機械性能以及優(yōu)異的耐磨性能、耐化學品性能以及耐溫性能，與進口陶瓷涂料性能相當。該陶瓷涂料可用于油氣集輸管道、注水井、原油分離器、換熱器、彎管等部位所需的耐沖刷磨蝕、耐溫及耐化學介質腐蝕的需求。