储罐外壁防护用聚脲材料的选型研究

王慧翠，孙汉军，汪 杰，李江江

（海洋化工研究院有限公司，山东青岛 266071)

聚脲材料优异的物理化学性能及适用性能使该技术一问世，便得到了迅猛的发展。目前，该技术在防水工程、石油化工、机械设备、矿山开采、道具制作、车间地坪、体育设施等工程领域获得了越来越广泛的应用［3-5］。本文根据客户需求对几种典型聚脲产品进行了适应性评价，专门从防腐蚀、耐介质等性能进行了详细的考察已筛选符合客户需求的产品。

1 聚脲材料的基本介绍

喷涂聚脲弹性体技术是继高固体份涂料、水性涂料、光固化涂料、粉末涂料等低(或无)污染涂装技术之后，为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。与传统的低(或无)污染涂装技术相比，其环保、节能、减排的优势十分突出，非常适合我国建设环境友好型、资源节约型社会的发展需求。

喷涂聚脲弹性体技术是在反应注射成型（RIM）技术的基础上发展起来的。美国聚脲发展协会（PDA）对聚脲的定义是由异氰酸酯封端的预聚物（A 组分）与氨基化合物组分（R 组分）反应生成的高聚物，A组分与R组分通过高温高压设备喷涂成型。该工艺属于快速反应喷涂体系，原料体系不含溶剂，具有固化速度快，可很方便的在立面和曲面喷涂十几毫米厚而不流挂等特点，突破了传统型涂装技术的局限性。

2 典型产品的选择

针对客户的使用需求，作者选择了某公司生产的三种不同牌号的喷涂聚脲弹性体材料进行对比性能分析，分别是SPUA-101超重防腐材料、SPUA-102弹性防水材料、SPUA-501耐磨衬里材料，其基本力学性能数据见表1。

表1 某公司不同牌号聚脲材料基本性能Table 1 Basic properties of polyurea materials of different brands in a company

3 实验方案的设计

3.1 一般要求

储罐用防腐蚀涂料的检验分物理机械性能的检验和防腐蚀性能的检验，其中涂料的取样应符合GB/T 3186-2006《色漆、清漆和色漆与清漆用原材料 取样》的规定，漆膜的制备应符合GB/T 1727-1992《漆膜一般制备法》的规定。

储罐用防腐涂料的主要物理机械性能指标，应符合表2要求。

表2 储罐用防腐涂料的主要物理机械性能指标Table 2 Main physical and mechanical properties of anti-corrosion coatings for storage tanks

3.2 防腐要求

布置在沿海地区的成品油罐区，主要受海洋大气腐蚀，属沿海、湿热地区，海洋大气中的盐份对储罐设备造成强腐蚀。根据所处的气候条件、腐蚀性物质及作用条件的分析，大气中腐蚀性物质对储罐设备表面的腐蚀程度为强腐蚀。罐壁外表面、拱顶板上表面及其他金属结构外表面等，要求具有优异的耐紫外线、耐盐雾和耐化工大气等耐环境性能，防腐涂料的设计寿命一般为7a。

3.3 试验样板的制作

实验喷涂用的聚脲喷涂设备是美国固瑞克公司生产的H-XP3主机和GX7-DI喷枪。喷涂时主机主要参数设定为：液压压力2000～2500 psi，主加热温度65℃，A料温度70℃，B料温度65℃，A组分与B组分的混合体积比为1:1。

测试用样板的制作工艺：①将准备好的钢板进行打磨或喷砂处理，要求打磨或喷砂均匀，无遗漏；②用抹布蘸溶剂（醋酸丁酯、二甲苯等）将处理好的样板擦洗干净，晾干；③按照配套方案，在样板表面刷涂一道D-31底漆；④底漆固化后，在样板表面喷涂聚脲弹性体材料，厚度控制在1.5±0.2 mm；⑤聚脲弹性体涂层喷涂完毕后，样板在标准实验室环境［温度(23±2)℃，湿度(50±5)%］下养护7天，然后进行性能测试。

3.4 涂层性能评价方案设计

为了延长储罐的使用寿命，减少防腐维修的工程量，推荐客户选用防锈底漆+喷涂聚脲弹性体的配套体系进行储罐的外壁防腐，其中防锈底漆选用某公司的D-31底漆，厚度为30～50 μm；喷涂聚脲弹性体选用某公司的SPUA系列产品，喷涂厚度1.5mm。

根据使用环境，制定涂层体系的主要考核指标见表3，所有测试均按照国标方法进行。

表3 储罐外壁防腐蚀涂料基本性能指标要求Table 3 Requirements for basic performance indicators of anti-corrosion coatings for the outer wall of storage tanks

续表3

为了更好地反映材料耐环境和耐介质性能，在上述测试的基础上补充对材料耐环境和耐介质性能处理后材料的本体力学性能变化。

4 实验结果与讨论

4.1 常规性能的对比

按照标准方法制样后，对喷涂聚脲材料进行常规性能测试，测试结果见表4。

表4 喷涂聚脲材料常规性能对比Table 4 Comparison of conventional properties of sprayed polyurea materials

通过喷涂聚脲材料常规性能测试结果可以看出：①三个牌号的喷涂聚脲材料基本性能均可满足储罐外壁的性能指标要求；②从初始力学强度看，SPUA-101超重防腐材料最好，SPUA-102弹性防水材料最差，SPUA-501耐磨衬里材料介于两者之间；三种喷涂聚脲材料硬度、柔韧性、附着力、耐冲击性以及干燥时间相差不大。

4.2 耐环境和耐介质性能的对比

按照标准方法制样后，对喷涂聚脲材料进行耐环境和耐介质性能测试，测试结果见表5。

表5 喷涂聚脲材料耐环境和耐介质性能对比Table 5 Comparison of environmental resistance and dielectric resistance of sprayed polyurea materials

通过喷涂聚脲材料耐环境和耐介质性能测试结果可以看出，三个牌号的喷涂聚脲材料耐环境性能和耐介质性能均可满足储罐外壁的性能指标要求。

4.3 耐环境和耐介质试验后力学性能的对比

为了更好地反映材料耐环境和耐介质性能，进行了材料耐环境和耐介质性能处理后本体力学性能的测试，分析了耐中性盐雾、耐紫外老化和耐油性处理后材料拉伸强度、断裂伸长率以及撕裂强度的变化。测试结果见表6～表8。

表6 喷涂聚脲材料耐中性盐雾后力学性能对比Table 6 Comparison of mechanical properties of sprayed polyurea against neutral salt spray

表8 喷涂聚脲材料耐油处理后力学性能对比Table 8 Comparison of mechanical properties of sprayed polyurea after oil resistance treatment

通过喷涂聚脲材料耐环境和耐介质处理后力学性能测试结果：

①通过表6数据可以看出，喷涂聚脲材料具有良好的耐盐雾性能，中性盐雾2000h后所有牌号性能保持率均超过90%。但是由于SPUA-102弹性防水材料初始伸长率较低，盐雾处理后断裂伸长率为285%，低于指标的300%要求。

②通过表7数据可以看出，SPUA-101超重防腐材料具有更好的耐紫外老化性能，紫外老化2000h后性能保持率接近90%，SPUA-102弹性防水材料和SPUA-501耐磨衬里材料性能保持率相差不大，保持率为80%左右。同样由于SPUA-102弹性防水材料初始强度较低，紫外老化处理后断裂伸长率和撕裂强度均低于指标要求。

表7 喷涂聚脲材料耐紫外老化后力学性能对比Table 7 Comparison of mechanical properties of sprayed polyurea after UV aging resistance

③通过表8数据可以看出，SPUA-101超重防腐材料和SPUA-501耐磨衬里材料具有更好的耐油性能，耐汽油23±2 ℃、30天后性能保持率85%左右，SPUA-102弹性防水材料性能保持率为80%左右。同样由于SPUA-102弹性防水材料初始强度较低，耐油处理后断裂伸长率和撕裂强度均低于指标要求。

5 结论

根据试验结果三个牌号的喷涂聚脲材料基本性能均可满足储罐外壁的性能指标要求；喷涂聚脲材料均具有良好的耐盐雾性能，SPUA-101超重防腐材料具有更好的耐紫外老化性能。SPUA-101超重防腐材料和SPUA-501耐磨衬里材料具有更好的耐油性能。综合产品性能以及材料成本考虑，推荐用户选择SPUA-101超重防腐材料作为最终的配套聚脲产品，为储罐提供有效的防腐保护。