无溶剂环氧涂料的抗阴极剥离性能

董彬１，王宪军２，叶春艳１，崔超２，张宝华２
（１．中国石油天然气管道科学研究院，廊坊０６５０００；２．中油管道防腐工程有限责任公司，廊坊０６５００１）

无溶剂环氧涂料具有优异的防腐蚀性能和便捷的施工性能，在国内外被广泛应用于长输管道外防腐蚀层大修、补口及站场地下管线的外腐蚀防护。为了避免因涂层缺陷而造成的腐蚀问题，保证管道安全，地下管线通常采用涂层加阴极保护的联合保护方式，由于阴极保护电流会加速涂层的老化和剥离，因此涂料的抗阴极剥离性能是评价涂料防腐蚀性能的一项重要技术指标。本工作通过对涂料基树脂、固化剂、助剂、表面处理和阴极保护电位等影响涂料阴极剥离性能的因素进行研究，期望能够对无溶剂环氧涂料的配方研制和涂料的施工提供有益的参考。

１　阴极剥离的机理
在使用环境中，当水、氧、离子等渗入涂层后，在阴极保护条件下的有机涂层会逐渐丧失其屏障保护作用，表现为涂层起泡或开裂［１］，这一现象被称作涂层的阴极剥离。在涂层缺陷处，由于需要较大的电流密度才能将金属极化到保护电位以上，因此缺陷周围的电场强度也比其它位置要大，在电场的作用下，水、氧和离子的渗透过程会得到加剧，从而加速涂层起泡和剥离。
在阴极保护条件下，阴极主要发生如下两个反应：

　　根据上述两个反应，目前对阴极剥离机理的主要研究结论可以概括为以下三点：① 在涂层和金属界面之间由于阴极反应生成的碱性物质的降解作用，使涂膜与金属底材的粘合力失去；② 由于涂层下金属表面上的氧化物被溶解，导致阴极剥离；③由于涂层和金属界面上的高ｐＨ 值水使涂膜发生位移，引起剥离。对阴极反应产生的Ｈ２是否会加速涂层的剥离，国内外学者还存有分歧，但一致认为阴极反应产生的高浓度的ＯＨ－ 是涂层产生阴极剥离的主要因素，因此，提高无溶剂环氧涂料抗阴极剥离性能的可能途径有：抑制水和氧向涂层与金属粘结界面的扩散；降低涂层与金属粘结界面ＯＨ－ 的浓度；提高涂层材料本身抗ＯＨ－ 降解作用的能力。

２　试验
阴极剥离试验方法按照ＳＹ／Ｔ０３１５－２００５附录Ｃ的规定进行，装置及原理见图１。

试验采用的试件按照标准规定的尺寸：１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍ。试验在恒温干燥箱中进行，辅助电极为２１３型铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，电解液为３％ＮａＣｌ。试样在室温（２３±２）℃条件下自然干燥７天，涂层厚度５００～６００μｍ，试验时恒温箱温度设定为６５℃，阴极剥离试验时间为７ｄ。通过改变基树脂、固化剂的类型、添加抗阴极剥离助剂、基材表面处理等级以及阴极保护电位研究不同条件因素对无溶剂环氧涂料抗阴极剥离性能的影响。此外，通过在两道涂层之间加一层铝箔的方法，研究水和氧等介质到达剥离涂层前沿的主要通道。

３　结果与讨论
３．１　介质渗透的影响
为了研究水、氧和离子到达剥离涂层前沿的主要路径，在试样上先涂一道涂料，然后立即铺一层铝箔，后在铝箔上面再涂一道涂料，室温下放置７天后，打孔进行阴极剥离试验。在相同的试验条件下，含有铝箔试样的剥离半径为９ｍｍ，不含有铝箔试样的剥离半径为１３ｍｍ，见图２，说明阴极反应需要的氧和水有很大一部分是穿过涂层到达剥离涂层前沿的。通过提高无溶剂环氧涂料的交联密度和添加片状填料，降低水和氧的渗透率，可以提高涂料的抗阴极剥离性能。

３．２　基树脂的影响
试验采用的环氧树脂型号为双酚Ａ型Ａ，改性双酚Ａ型Ｂ，线形酚醛环氧Ｃ，固化剂选择脂环胺与酚醛胺的混合型固化剂Ｆ。改变混合树脂的比例，配方中树脂用量保持不变，其它组分配比相同，阴极剥离试验结果见表１。