快干高光石油钢管防锈漆的研制
周晓红，岳文慧，王承伟，任智慧 （ 西北永新化工股份有限公司，甘肃兰州 730046）
0 引言
由于石油需求量的猛增带动了石油勘探、采集、炼制以及石油设备制造业的迅速发展，目前我国石油管道生产规模已达年产400 万t。为防止钢管在贮存、运输过程中发生锈蚀，石油管道生产中需喷涂或刷涂1 道防锈漆，防锈漆的需求量在1 万t/a 左右。一般防锈漆膜厚控制在20 μm 左右，要求有3~6 个月的户外防锈能力。根据石油管道的生产流程、长途运输条件和露天堆放时间，防锈漆应具备以下性能：安全环保，良好的施工性能，快干；漆膜光亮、透明，不遮盖喷码标识，不掩盖钢管表面生锈状态；良好的耐候性；良好的耐冲击性。
本研究以豆油或豆油酸、季戊四醇、邻苯二甲酸酐、松香等为原料，通过对配方、工艺的设计，严格控制分子结构、相对分子质量及其分布，经过醇解和酯化反应，制备了高固含量、低黏度的醇酸树脂，再添加自制改性沥青和各种助剂，制备了性价比较高的快干高光石油钢管防锈漆。该漆干性好、硬度高、光泽高、附着力强、柔韧性好，耐磨、耐碰，防锈性好，可确保海运3 个月不生锈，是一种优良的石油管道防锈漆。
1 实验部分
1.1 原材料
豆油或豆油酸，季戊四醇，邻苯二甲酸酐（苯酐），多元醇，松香，顺丁烯二酸酐，二甲苯，催化剂，各种助剂。
1.2 树脂配方及制备工艺
高固体分醇酸树脂配方见表1。
将各种物料加入反应釜中，升温至230℃保持酯化。酯化合格后降温，兑稀至规定黏度和固体分后，待用。
1.3 高固体分醇酸树脂性能指标
高固体分醇酸树脂性能指标见表2。
1.4 制漆配方及工艺
快干高光石油钢管防锈漆的配方见表3。
2 结果与讨论
将高固体分醇酸树脂加入配漆罐中，加入润湿分散剂搅拌均匀后，依次加入颜料、防锈颜料、防沉剂继续搅拌均匀，然后在砂磨机上研磨至细度合格，加入石油树脂二甲苯溶液、40% 天然沥青改性液、各种催干剂及助剂和溶剂，兑稀至黏度合格，检验，包装。
1.5 涂料性能检测
快干高光石油钢管防锈漆的性能检测结果见表4。
1.5 涂料性能检测
快干高光石油钢管防锈漆的性能检测结果见表4。
2.1 多元醇的选择
本研究制备的醇酸树脂相对分子质量小，聚合度低，具有高固低黏的特性，可以选择甘油和季戊四醇两种多元醇为原料。季戊四醇制得的醇酸树脂较甘油制得的醇酸树脂具有更紧密的对称结构，相对分子质量分布更均匀，干燥较快，漆膜硬度较高，光泽高，保光性好，耐黄变性较好，因此本实验中选择季戊四醇作为多元醇。两种多元醇对漆膜性能的影响见表5。
2.2 一元酸的选择
松香和苯甲酸都是一元酸，都具有提高树脂的干性、光泽、附着力及调节相对分子质量、延缓胶化的作用。苯甲酸在高温下易升华和分解；松香由于分子结构的关系，在反应中位阻较大，适合在高温下反应。实验表明：松香有助于提高漆膜光泽，因此，本实验选择松香为一元酸。
2.3 催化剂的选择
2.3 催化剂的选择
为了降低反应温度，加快反应速度，可以选用酯化催化剂。从催化效果和用量方面考虑，选择金属锡氧化物为酯化催化剂。
2.4 自制改性沥青
新疆克拉玛依乌尔禾的天然沥青以相对分子质量高达10 000 的沥青质为主要组分，软化点（环球法）为119℃，具有耐高温、色泽好、防腐、抗酸碱、防老化、良好的黏附性、不透水性和绝缘性等特点。本研究对其加以改性，在快干高光石油钢管防锈漆中适量添加，能显著提高产品的防腐性。
2.5 兑稀溶剂的选择
二甲苯溶解力好，挥发速率适中，价格便宜。因此，选择二甲苯为兑稀溶剂。
2.6 反应温度的影响
反应温度对产物相对分子质量及其分布的影响见表6。
由表6 可见：随着温度的升高，反应程度逐步提高，产物的相对分子质量逐步增大，但同时分散度也在逐步增加，产物相对分子质量分布变宽，从210℃至230℃分散度增幅较小，而从230℃至250℃分散度增幅较大，所以，反应温度不能太高，控制在220~230℃为宜。
2.7 合成工艺的影响
为了获得高固体分树脂，其相对分子质量的分布应尽量窄，在酯化过程中尽量降低酯化温度，缩短酯化时间。升温要缓慢均匀，同时低温酯化的时间尽量长一些，这样才能生成相对分子质量较小且分布窄而均匀的产物。
2.8 颜料和助剂的影响
2.8 颜料和助剂的影响
2.8.1 防锈颜料的选择
本研究的快干高光石油钢管防锈漆，为了达到户外存放3 个月无锈蚀，在配方设计中要加入一定量的防锈颜料。三聚磷酸铝是一种白色粉末，微溶于水，不挥发，单位质量含有很高的活性基团，因此用量很少便可以产生有效的防腐蚀作用，溶出的三聚磷酸盐离子与金属底材的Fe2+ 和Fe3+ 形成螯合物，钝化金属底材表面。三聚磷酸盐可以解聚得到正磷酸盐，这种活泼的磷酸根能与被涂表面反应，形成坚硬的钝化保护膜。氧化锌能使涂膜柔韧，坚固而不透水，阻止金属的锈蚀。锌铬黄的化学成分为K2O·4ZnO·4CrO3·3H2O，柠檬黄色，微溶于水，在酸和碱中能完全溶解，是一种良好的轻金属防锈颜料，利用它微溶于水而离解出CrO42- 阴离子基团的特性，产生阳极钝化保护作用，其所含锌离子也具有阴极阻蚀剂的作用。在配方中加入这两种防锈颜料，既不影响漆膜的光泽，又能起到很好的防锈效果。
2.8.2 防沉、防流挂助剂的选择
因为该涂料的施工固体分较高，一次喷涂过厚较易流挂，这就要求涂料要有一定的触变性，可选择有机膨润土、气相二氧化硅、触变剂等防沉、防流挂助剂。在多次模拟试验中发现：气相二氧化硅与树脂的相容性好，既不会影响漆膜的光泽，防流挂性也佳，而且气相二氧化硅有助于提高颜料的防沉性，对成本影响也小。因此，本试验选用气相二氧化硅为防流挂剂。
2.8.3 流平剂的选择
为改善漆膜的流平性，我们添加流平剂BYK-306，流平剂对漆膜的影响见表7。
2.8.4 催干剂的选择
催干剂的品种和数量一般是通过试验来确定的。在油基漆中，一般是以漆料中所含干性或半干性油的量来计算催干剂的用量，而在醇酸树脂涂料中，通常是以固体树脂量来计算催干剂的用量。各种催干剂的性能不同，特点各异，通常几种催干剂混合使用能够取长补短、提高效率、减少用量，获得良好的效果。为使快干高光石油钢管防锈漆达到干性要求，通过试验确定配方中采用异锌酸钴、异锌酸铅、异锌酸锰催干剂配用，干燥效果好，结果见表8。
由表8 可见：m（异锌酸钴）∶m（异锌酸铅）∶m（异锌酸锰）=0.6∶1.2∶0.6 时，干燥效果好。
2.8.5 防结皮剂的选择
氧化聚合型干燥的涂料通常有表面结皮的现象，不但造成涂料损失，也给施工带来不便，尤其是结皮的碎粒会破坏漆膜外观。在醇酸树脂涂料中可用作防结皮剂的有酚类和肟类，其副作用主要是延长表干时间，其中丁醛肟影响大，环己酮肟次之，甲乙酮肟小，因此一般使用甲乙酮肟。防结皮剂应与催干剂分别加入涂料中，不应成混合溶液加入，以免防结皮剂失效。通过试验确定防结皮剂的用量，结果见表9。
由表9 可见：防结皮剂用量为0.1% 时，效果佳。
2.8.6 稀释剂的选择
分别考察各种溶剂对石油钢管防锈漆外观、光泽的影响，综合考评后，选择挥发速度较快、溶解力好且气味小的二氯丙烷为稀释剂，兑稀喷板外观效果好，光泽≥ 95%，表干时间为3~5 min，附着力1 级，达到了预期指标。
3 结语
（1） 制备高固体分醇酸树脂的设备要求简单，工艺稳定，可操作性强。
（2） 由该高固体分醇酸树脂制备的快干高光石油钢管防锈漆，其性价比较高。
（3） 通过加入自制改性沥青，以及防流挂剂、金属催干剂、低沸点快挥发溶剂，使快干高光石油钢管防锈漆的防腐性得到很大提高，在石油管道的存贮、运输过程中起到了很好的防锈蚀作用。
