采用硅烷化学处理的新型熔结环氧粉末涂敷工艺.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流采用硅烷化学处理的新型熔结环氧粉末涂敷工艺.精品文档.采用硅烷化学处理的新型熔结环氧粉末涂敷工艺A new application process that assures good adhesion of fusion bonded epoxy coatings exposed to very severe conditions法国BS Coatings公司G Gaillard和 J L Bouliez著 王向农 译18th International Conference on Pipeline Protection, Sep. 2009

2、摘要：埋地管道的长期防腐特性与防腐涂层起到阻挡水和盐分等腐蚀剂的能力有关联。另一方面，为了承受使用中产生的应力，防腐层需要与钢管底材有良好的附着力，甚至在高温潮湿的恶劣环境下，也需要如此。就熔结环氧粉末（FBE）涂层而言，由于这种防腐层的憎水特性以及在高温潮湿环境中依然能够维持高玻璃化温度的能力，所以，已经证实它具有防止钢管腐蚀的良好屏障性能。为了在恶劣的环境条件下，持续维持熔结环氧粉末（FBE）涂层与钢管底材良好的附着力，钢管表面的预处理是成功的关键。的确，通常建议采用铬酸盐或者磷酸盐类产品，对钢管表面进行化学预处理。本文介绍一种适合熔结环氧粉末（FBE）涂层的新型钢管表面预处理工艺，即正在

3、申请专利权的SILPIPE硅烷化学处理工艺，它既适合单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，也适合3LPE或者3LPP这样多层聚烯烃防腐系统中的熔结环氧粉末（FBE）底漆。这种新型工艺采用了无溶剂无毒性的产品实施非树脂型化学处理。本文以熔结环氧粉末（FBE）涂层热水浸泡试验后的附着力性能，以及抗阴极剥离性能证实了这种新型表面预处理工艺的优点。一、引言处于高温潮湿环境中的金属构筑物性能会迅速减退，呈现腐蚀的自然趋势。陆上和海底管道尤其如此，因为它们往往处于有利腐蚀的侵蚀性环境之中。为此原因，这样的金属构筑物需要用有机涂层防护，因为有机涂层是防止金属腐蚀的有效屏障。有机涂料的防腐效果与其具有的物理和化学特

4、性有关。事实上，热固性涂料的玻璃化温度必须高于使用温度，这样的涂层才具有耐化学特性，才能减缓水和盐分等腐蚀剂的侵蚀。熔结环氧粉末（FBE）涂层就属于这样的热固性涂料，无论是单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，还是作为3LPE或者3LPP这样多层聚烯烃防腐系统中的熔结环氧粉末（FBE）底漆，它的防腐屏障效果都与其憎水特性有关联，这样的防腐特性可以用电化学阻抗和吸水率测量值来量化。这些新一代憎水型底漆在80 100或者甚至更高温度下保持防腐功能，它们比亲水型环氧底漆更有效。在潮湿环境中，亲水型环氧底漆更容易被水塑化，从而影响它的玻璃化温度，降低它的抗腐蚀性能。然而，憎水型有机涂料不是完全不可渗透的，这

5、意味着经过或短或长的时间，水分子和腐蚀剂还是会渗透通过涂层的。在参考文献4中，Valrie SauvantMoynot与其合作者描述了在三层聚烯烃涂层系统中的这种现象，在60温度下300天后，水会渗透穿过部分聚烯烃。确保长期有效防腐功能的另一重要因素是维持有机涂层在底材上的附着力。因此，防腐涂层的性能优化首先与其固有特性有关联，其使材料能够承受恶劣的使用环境，其次，维持涂层与底材界面上的附着力。就熔结环氧粉末（FBE）涂料的物理化学特性承受恶劣使用环境的能力而言，我们在此不深入探讨了，因为如参考文献1所述，人们已经进行大量研究，证实了环氧树脂的化学组成和玻璃化温度的重要性。另一方面，本文将叙述

6、能够增强环氧粉末涂料的附着力的新型预处理工艺，其适用于管材和管件的环氧粉末涂层。出于下述两个原因，无论是用作单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，还是作为3LPE或者3LPP这样多层聚烯烃防腐系统中的熔结环氧粉末（FBE）底漆，都需要增强其在钢管底材上的附着力。首先，涂敷过程中温度的突然变化导致每种成分（包括钢材）内部发生热骤变（thermal shock）。每一层对热骤变的反应是不同的，熔结环氧粉末（FBE）涂层反应非常迅速，在几秒钟内就从液态转变成胶凝状态，然后再变成固态；粘接剂层从挤出状态转变成固态；聚乙烯或聚丙烯面层也从挤出状态转变成固态。由于状态的转变，每种成分的尺寸变化导致每个界面中产生

7、机械应力，由此降低了层间粘合力。结果，防腐管道投入使用之前，涂层的附着力，特别是熔结环氧粉末（FBE）涂层的附着力可能就已经受到影响了。其次，在使用过程中，防腐层受到管道输送流体的温度及其所处的腐蚀性环境的限制。水、氧气、盐分等腐蚀剂会渗透到防腐层里，从而降低界面上金属底材与防腐涂层之间的亲合力。这样的不利影响导致防腐层起泡并失去附着力，使防腐涂层与钢管底材不再粘合成一体。这个过程促进了腐蚀剂在防腐涂层与金属界面上的侵入，因此增加了钢管的腐蚀风险。为了增强和维持防腐涂层在钢管底材上的附着力，尽管存在上述不利条件，仍然必须使防腐涂层与钢管底材之间有很强的粘合。正如参考文献5中David Norm

8、an已经报告的那样，表面预处理是成功的关键之一。准备涂敷的金属底材上的表面预处理要达到两个目标： 得到一个清洁的金属底材； 改善金属底材表面粗糙度。如果实现了这样两个目标，就可能改善要防腐保护的钢材表面的润湿性，并改善要涂敷的防腐层在金属表面上的锚定附着。无论如何，这个处理过程导致防腐涂层与钢管底材之间增强了亲合力，这是重要的物理机械性能。但是要构成共价键式化学桥接是不可能的。由于水分子和盐分只有1埃大小，所以这些腐蚀剂容易插进防腐涂层与钢管底材之间，在界面上破坏两者的电连通。这样的结合力比共价键的力小。在防腐涂层与钢管底材之间建立起这样的粘合，即使存在化学成分的侵入，依然可以维持界面上的亲合

9、力。这也正是为什么多年来钢管底材涂敷前表面采用化学处理的原因，包括现场管子涂敷前钢管表面也要进行必要的化学处理。人们最熟悉的钢管表面化学处理方法是采用磷酸盐溶液清洗，再用去离子水冲洗，以此除去钢管表面残留的盐分。然而，人们更愿意采用铬酸盐处理，而无须最终用水冲洗，这样可以确保钢与环氧之间的化学接枝。也可以在酸洗后再采用铬酸盐处理。这种方法能够有效优化熔结环氧粉末（FBE）涂层的附着力，但其缺点是使用了有毒物质，主要是六价铬酸盐溶液。这个缺点阻碍了这种方法的推广，考虑到健康、环境和生态保护等，将来不会广泛采用这种化学处理方法。因此，努力开发一种能够克服这种缺点的替代的化学处理方法是很重要的，同时

10、，也要考虑到多起埋地是或者水下的管道外防腐层发生剥离事故的问题。本文介绍的正在申请专利权的SILPIPE硅烷化学处理工艺可以迎接这样的挑战。二、SILPIPE硅烷化学处理工艺2.1原理正在申请专利权的SILPIPE表面化学处理工艺是以喷砂除锈清理表面上实施SCT（Silane Chemical Treatment）硅烷化学处理为基础的，然后，钢管表面加热到环氧粉末涂敷温度。因此，它设计成：a）优化钢管和管件上熔结环氧粉末（FBE）涂层的附着力，无论其是用作单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，还是作为3LPE或者3LPP这样多层聚烯烃防腐系统中的熔结环氧粉末（FBE）底漆。b）提供一种与环境友好的（

11、无挥发性有机化合物或者有毒废料）并且对人体健康无害的（不含任何六价铬）的新技术。所用的硅烷溶液有特别配方，专门设计用于与熔结环氧粉末（FBE）中的氧基团相容，并且改善了其防腐性能。SILPIPESCT硅烷化学处理工艺就是按照这样的目的设计的。化学处理过程中所用的硅烷要用水稀释后喷洒在金属管道或者管件上。配方中没有添加任何有机溶剂。因此，这样的表面预处理工艺就避免发生与有机溶剂有关的健康、安全、环保等诸多问题。硅烷一般作为环氧涂层粘合的促进剂，图1和图2所示硅烷结构说明了这一点。图1 硅烷结构式 图2硅烷结构式式中，n = 1.2或3y = 1 或2OR 可以在甲氧基、乙氧基、丙氧基中选择，可以

12、单独选用，也可组合采用。Z相当于伯胺或者仲胺官能团。在仲胺时，假如y =1，Z就能够附着在X上。X可以具有下述R1或者R2相同的特性。Z也相当于缩水甘油醚或者脂环族官能团支承的环氧乙烷官能团（环氧）。R1和R2可以在碳化脂肪族、脂环族、芳香族官能团中选择。稀释过程中存在水时，这样的硅烷会发生水解，将烷氧基Si-（OR）官能团转变成硅烷Si-（OH）官能团和乙醇ROH。Si-（OH）官能团负责化学枝接到金属上，因此确保与金属牢固地结合。不过，凝结后，溶液里存在的Si-（OH）官能团会导致形成Si-O-Si硅氧烷键合，这不仅对溶液里硅烷的稳定性有害，而且也不利硅烷与金属底材之间接枝反应的有效性。S

13、ILPIPESCT硅烷化学处理工艺采用的是R-Si-（OH）n形式的水溶液。这种类型的硅烷有下列三大优点：第一个优点与其被预水解的事实有关，因为预水解形式使溶液里没有要用的Si-OR烷氧基官能团，避免了因为水解过程而在水中存在乙醇ROH。如果水解会形成乙醇，构成危害环境并对使用者健康有害的助溶剂。第二个优点与这种硅烷的特性有关，开发成的这种硅烷配方对水溶液有非常好的稳定性（几个月），这样水里不会发生Si-O-Si缩聚反应。第二个优点与这样事实与关，当SILPIPESCT硅烷化学处理溶液喷洒在底材上时，它立即与金属直接发生反应，因为它避免了因为Si-（OR）水解而造成的延迟。这个特征与工厂涂敷生

14、产线的高速度相符合。2.2SILPIPE硅烷化学处理工艺的说明按照本发明，使用SILPIPESCT硅烷化学处理溶液。在喷洒硅烷化学处理溶液前，金属底材不需要进行任何形式的化学处理，喷洒硅烷化学处理溶液后，金属底材也不需要进行任何冲洗。不过，假如钢管表面受到氯化物这样的盐分的污染，还是要按照相应的技术规程用适宜类型的清洗剂清洗干净，然后才可以喷洒硅烷化学处理溶液。整个SILPIPE硅烷化学处理工艺过程包括以下七个步骤：1）让钢管通过热风炉或者火焰干燥，除去任何痕量的水分。2）干燥后，用钢砂、砂砾、氧化铝或者刚玉做磨料，对钢管表面进行机械清理。要求达到技术规程规定的表面粗糙度，按照ISO 4287

15、-1标准，表面粗糙度Rz介于40微米与150微米之间，最好介于60微米与90微米之间。3）用鼓风或者吸尘措施除净钢管表面清理过程残留的粉尘。清理作业后，钢管表面清洁度应至少达到Sa 2.5级，符合ISO 8501-1标准的规定。4）然后，将硅烷化学处理溶液喷洒在经过这样表面清理的钢管表面上。按照本发明，所用的硅烷化学处理溶液含有的活性成分（即纯硅烷）浓度应介于2%至5%之间。可以采用喷洒、刷涂、辊涂、刮涂、浸涂等各种方法涂敷硅烷化学处理溶液。按照本发明，在金属底材上涂敷的硅烷化学处理溶液的量大约为每平米50 g。5）一旦完成硅烷化学处理溶液的喷洒作业，钢管不需要任何冲洗，就可以直接加热到150

16、至250，最好介于180至240之间。温度的升高取决于环氧粉末交联反应的动力学，而并不是由硅烷的热转换所决定的。涂敷环氧粉末前，钢管的加热可以采用感应加热装置，也可以将钢管通过燃气、燃油或者电加热的热风炉。6）按照本发明，本项化学表面处理工艺的另一种变换形式是在钢管加热后再喷洒硅烷化学处理溶液，也就是把上述步骤4和步骤5的顺序颠倒过来。7）一旦金属表面加热升高到技术规程规定的温度，就可采用电晕法（静电）或者摩擦法涂敷环氧粉末。8）本发明的另一种变换形式是在涂敷粉末涂料前不预热钢管。在此情况下，必须满足两个条件，即喷洒在钢管上的硅烷化学处理溶液必须是干的（蒸发掉溶液里的水分），并且，环氧粉末涂敷

17、后必须实现后固化，确保环氧的交联。三、实验室试验3.1单层环氧粉末涂层进行了下列这些实验室试验，目的是验证SILPIPESCT硅烷化学处理工艺在单层熔结环氧粉末（FBE）涂层上采用的可行性。3.1.1步骤 1用静电喷涂方法，喷洒符合表1所示特性的环氧粉末涂料，极性应调整到+70 kV的电压。用长200 mm、宽100 mm、厚10 mm的钢板作为金属底材。经过处理后，用这些钢板作为试件。表1 熔结环氧粉末（FBE）涂料主要特性试验方法试验结果粉末颗粒大小激光频谱分析仪平均：大约50微米大于96微米的 10%比重ISO 2811大约1.4 g/ml水分含量在105重量损失 20焦耳柔韧性0-30

18、CAN CSA Z 245.20 02通过通过在100水里浸泡100天后的吸水率ISO 62小于7%在23阴极剥离试验28天CAN CSA Z 245.20 02小于6 mm喷洒粉末前，这些钢板要用Rugos 2000等级20-30磨料喷砂清理，使钢板表面粗糙度达到Rz 70 90微米。然后用压缩空气吹干净钢板表面的粉尘。经过这样喷砂清理的钢板表面的清洁度应达到Sa 2.5。再在热风炉里将钢板预热到220。一旦钢板温度已经达到220，应立即从热风炉里取出钢板，并用接地线使之接地。用静电喷涂方法将粉末立刻喷洒在金属底材上。喷洒完粉末后，钢板放进200的热风炉里进行10分钟的后固化。涂层厚度介于3

19、50微米至450微米之间。热水浸泡试验评价试件浸泡在自来水里。水浴温度维持在802。经过不同时间浸泡后，试件从热水浴里取出并冷却到环境温度，然后按照下列方法评价剩余附着力： 第一种方法相当于拉脱试验，按照ISO 4624标准执行。 第二种评价附着力的方法相当于EN 10289标准中描述的撕剥试验（刀割剥离试验）。还要用受控试件评价热水浸泡前的附着力。3.1.2 步骤 2按照上述步骤 1相同的方法对金属板喷砂清理并除去粉尘。之后，金属底材应在热风炉里预热到40，再浸渍在用去离子水配制成的SILPIPESCT硅烷化学处理水溶液里，溶液里含的纯硅烷浓度（重量）为2.5%。浸渍时间与用浸涂方法涂敷硅烷

20、的时间相当，为41秒。通过称重测定金属底材上（潮湿的）沉积的硅烷化学处理溶液的重量，即5010 g/m2。在硅烷化学处理水溶液里浸渍后，立即将金属底材预热到220，再同步骤1的描述完全一样，涂敷环氧粉末，进行后固化，最终冷却。形成的涂膜厚度介于350微米至450微米。将试件浸泡在自来水里，水浴温度维持在802。3.1.3结果与讨论表2与表3以及图3的照片所示是剩余附着力评价结果。表2 未用硅烷化学处理的金属底材上熔结环氧粉末涂层附着力的变化未用SILPIPESCT硅烷化学处理的步骤 1热水浸泡前在80热水里浸泡后3天10天14天28天ISO 4624（牛/mm2）平均值2119141413破裂

21、面：与底材剥离无有有有有附着力损失（mm）EN 10289114202020表3 用硅烷化学处理的金属底材上熔结环氧粉末涂层附着力的变化用SILPIPESCT硅烷化学处理的步骤 2热水浸泡前在80热水里浸泡后3天10天14天28天ISO 4624（牛/mm2）平均值2121212121破裂面：与底材剥离无无无无无附着力损失（mm）EN 1028911111图3 在80热水里浸泡不同天数后熔结环氧粉末涂层附着力的损失试验结果表明，未经过化学处理的金属底材与经过化学处理的金属底材性能有很大差别。事实上，假如在涂敷熔结环氧粉末（FBE）之前，金属底材用硅烷溶液化学处理，那么即使浸泡在热水里，环氧涂层

22、依然保持其附着力。这些结果证实，即使是相同的涂层，但附着力会有差别的，这与在涂层与底材界面上的化学结合有关联。3.1.4铬酸盐处理与硅烷化学处理性能的比较3.1.4.1步骤评价了硅烷化学处理增强涂层附着力的效果后，现在比较一下不用铬酸盐溶液处理时，SILPIPESCT硅烷溶液化学处理性能的效果。先按照步骤2处理金属板。钢材进行化学处理时，每种产品我们采用两种浓度： 采用的SILPIPESCT硅烷溶液浓度为5%（相当于2.5%纯硅烷）和10%（相当于5%纯硅烷）。 采用的铬酸盐溶液浓度就是供货的5%和10%产品浓度。3.1.4.2热水浸泡性能评价金属板在80的自来水里分别浸泡1000小时、200

23、0小时、3000小时。然后，按照ISO 4624标准，在热水里浸泡3000小时后，进行拉脱试验。按照EN 10289标准，分别在热水里浸泡1000小时、2000小时、3000小时后，进行撕剥试验。3.1.4.3 抗阴极剥离性能评价其他试件接受抗阴极剥离性能试验。这项试验应按照NFA 49 711标准执行，在60的温度下试验28天。用平端钻头在样品中央制作一个6 mm直径小孔的人造涂层缺陷。按照NFA 49 711标准，电解槽包括： 一个内径50 mm高80 mm的刚性塑料管。用硅胶粘接剂将电解槽粘贴在涂层样品上。 一块刚性塑料盖板，板上钻两个小孔以便插入电极。阴极剥离评价试验采用不同的电极：

24、用饱和甘汞电极作为参比电极， 用0.8 mm直径的铂金属丝作为辅助电极， 在作为工作电极（阴极）的试件上钻一个6 mm直径的平底钻孔。电介质是用去离子水配制成的3%NaCl溶液。试验前，在环境温度下，该溶液的pH值处于6至8.5的范围。电解槽里电解质的高度为752 mm。为了使样品处于正确的试验温度下，整个电解质总成放在一个控制的砂浴上。用测温探针检查人造涂层缺陷处的样品温度。接受试验钢底材要求处于602的温度下，电解质温度下降到305的温度。用装有冷却剂的中性玻璃盘管保证冷却。借助恒电位仪（Tacussel型号PRT 6X20-0.2），在甘汞参比电极与工作电极之间施加一个-1500 mV的

25、电压，误差控制在10 mV以内。3.1.4.4 结果和讨论图4中的照片和表4的数据说明了环氧涂层抗热水浸泡性能。不管所用的是哪种化学处理溶液以及溶液是什么浓度，用拉脱试验或者撕剥试验检测时，在80自来水里浸泡后，都不会影响的熔结环氧粉末（FBE）的附着力。这些结果表明用SILPIPESCT硅烷溶液的处理效果与用铬酸盐溶液处理效果相仿。图4 不同方法化学处理的试件在80自来水里浸泡后的附着力评价试件A：用5%铬酸盐溶液化学处理；试件B：用10%铬酸盐溶液化学处理试件C：用5%SILPIPESCT硅烷溶液化学处理；试件D：用10%SILPIPESCT硅烷溶液化学处理表4 熔结环氧粉末涂层在80自来

26、水里浸泡后的附着力评价附着力损失（mm）EN 10289标准拉脱试验（牛/mm2）ISO 4624标准1000小时后2000小时后3000小时后3000小时后试件A1 mm2 mm2 mm202试件B1 mm2 mm2 mm202试件C1 mm2 mm2 mm202试件D1 mm2 mm2 mm202表5所示是阴极剥离试验结果。暴露在负电性极化过程后，用一把锋利的小刀从人造缺陷开始向下割透涂层直到金属底材。切割长度大约为20 mm。然后用刀尖尝试将涂层从金属底材上剥去。将最容易从钢底材上剥下涂层的半径范围认作为撕剥率。表5 金属底材上熔结环氧粉末涂层阴极剥离性能评价在60温度下28天后的阴极剥

27、离（mm）试件1试件2试件3平均值未经过化学处理15121413.7用5%SILPIPESCT硅烷溶液化学处理6565.7用10%SILPIPESCT硅烷溶液化学处理6676.3用5%铬酸盐溶液化学处理6545用10%铬酸盐溶液化学处理5444.3这些结果证实用化学溶液处理后，能够改善熔结环氧粉末（FBE）涂层的抗阴极剥离性能。3.2采用熔结环氧粉末底漆的三层聚烯烃涂层在实验室试件上评价了SILPIPESCT硅烷溶液化学处理增强涂层的附着力性能后，又在中试规模的三层聚烯烃涂敷生产线上进行了下列研究。3.2.1三层聚烯烃系统的说明三层聚烯烃管道防腐层系统包括环氧粉末底漆、粘接剂层和聚乙烯或者聚丙

28、烯面层。所用的环氧粉末与上述步骤1及步骤2中所用的环氧粉末是一样的。粘接剂是用顺酐自由基接枝的聚烯烃，用差示扫描量热法（DSC）测定的软化点是135。面层是高密度聚乙烯。3.2.2步骤3.2.2.1涂敷工艺硅烷化学处理溶液是用95%去离子水和5%浓度的SILPIPESCT硅烷溶液（相当于2.5%纯硅烷）配制成的。实施外防腐的管道壁厚7 mm，管子外径116 mm。钢管表面用Rugos 2000等级20-30磨料实施机械清理后，再用压缩空气除净残留粉尘。在40温度，磨料会在钢管表面突起。将硅烷化学处理溶液刷涂在钢管表面。目标沉积重量为5010g/m2。刷涂硅烷化学处理溶液后，钢管通过感应加热装置

29、，使钢管温度升高到220。用静电喷涂工艺，电压调整到75 kV，涂敷环氧粉末底漆。沉积厚度12030微米。用挤出机在230温度下挤出粘接剂，覆盖在环氧粉末底漆上，涂敷时间20秒钟。沉积的粘接剂膜厚度为25020微米。再用挤出机在230温度下挤出聚烯烃面层，覆盖在粘接剂上，涂敷时间10秒钟。面层厚度介于2.5 mm与3 mm之间。用加压辊压实整个防腐层系统，使不同的层与层之间达到最佳接触状态。然后，聚烯烃面层涂敷后2秒钟，防腐管通过冷却隧道。在高密度聚乙烯涂层表面喷淋冷却水进行冷却。3.2.2.2 试件的制备这些不同操作工序完成后，将管子切割成10 cm长的试件，以便进行热水浸泡试验和抗阴极剥离

30、性能试验。为进行抗热水浸泡性能评价，应割透三层防腐层整个厚度，也就是向下切割到金属表面。每个试件完整的圆周上切割两个切口，相隔2.5 cm。为进行抗阴极剥离性能评价，采用与单层熔结环氧粉末（FBE）涂层的抗阴极剥离性能评价相同的电解槽设计，将此电解槽用胶粘贴在10 cm长的管子试件的切口上。按照与单层熔结环氧粉末（FBE）涂层的抗阴极剥离性能评价相同的方法进行阴极剥离试验。第二根管子涂敷相同的防腐层系统，并采用相同的步骤。唯一不同的是不用硅烷化学处理溶液进行预处理。涂敷防腐层的管子按相同方法切割制备试件。这些试件作为没有经过硅烷化学处理的对照样，也要评价防腐层的抗热水浸泡性能和抗阴极剥离性能。

31、3.2.2.3 抗热水浸泡性能评价将经过硅烷化学处理溶液预处理的防腐管子试件和没有经过硅烷化学处理溶液进行预处理的防腐管子试件都浸泡在60的热水里，这是特别严酷的试验条件。事实上，防腐层上人为制作的切口方便水侵入环氧粉末底漆与金属底材之间的界面。这个过程迅速导致环氧粉末底漆与钢管底材之间失去附着力。在热水里浸泡200小时至3000小时后，取出试件并使其冷却到室温，再进行附着力定性评价。用断裂伸长率试验装置（JJ Lyod Instruments，机器型号T5200），在202的温度下，撕剥2.5 cm宽的条状涂层，这样进行附着力定性评价。撕剥速度为10 mm/分。撕剥力为5 kN。图5和图6所

32、示是试验结果。由图可见，热水浸泡1000小时后，没有用硅烷化学处理溶液进行预处理的防腐管子试件上，环氧粉末底漆从钢底材上被明显撕剥下来，而经过硅烷化学处理溶液预处理的防腐管子试件上，剩余环氧粉末底漆的附着力得到了明显的改善。图5 用SILPIPESCT硅烷化学预图6 不用SILPIPESCT硅烷化学预 处理的三层聚烯烃防腐层热水处理的三层聚烯烃防腐层热水浸泡浸泡后的涂层撕剥程度后的涂层撕剥程度这些结果也表明，当埋地管道处于高温潮湿的腐蚀性环境中时，钢管表面的化学预处理对维持三层聚烯烃管道防腐层系统的环氧粉末底漆的附着力是多么重要。3.2.2.4 抗阴极剥离性能评价用相同的防腐管子试件测试硅烷化

33、学处理溶液预处理对涂层抗阴极剥离性能的影响。试验按照NFA 49.711标准，在23温度下试验28天。为了对三层聚烯烃管道防腐层系统的环氧粉末底漆的撕剥速率进行评价，试验后，要打磨掉粘接剂和面层。表6 三层聚烯烃管道防腐层系统的抗阴极剥离性能评价未经过硅烷化学处理在23温度28天后的阴极剥离（mm）试件1试件2试件3平均值平均剥离长度6887.3未经过硅烷化学处理在23温度28天后的阴极剥离（mm）试件1试件2试件3平均值平均剥离长度2433结果如表6所示，证实硅烷化学处理改善了三层聚烯烃管道防腐层系统的抗阴极剥离性能。四、工业规模实验鉴于实验室试验已经证实，钢砂清理表面经过硅烷化学处理后，能

34、够改善粉末涂层在严酷环境中的附着力，本项工业规模实验研究的目的是，如果不追加任何额外投资，看看在现有的工业规模的管道防腐生产线上能否得到相同的改善涂层附着力的效果。为此，在三层聚烯烃管道防腐层系统生产线上进行了试验，因为多层防腐层系统对高温潮湿环境更敏感，比单层熔结环氧粉末涂层更容易发生分层剥离事故。4.1三层聚烯烃管道防腐层系统的说明接受试验的三层聚烯烃管道防腐层系统包括厚度大约150微米的熔结环氧粉末（FEB）底漆、厚度大约250微米的粘接剂层和厚度大约3 mm的聚烯烃面层。环氧粉末特性与上述步骤1描述的情况基本相当，只是胶凝时间有点不同，在180的胶凝时间大约为45秒钟。粘接剂是顺酐接枝

35、的聚烯烃，表7列出了它的特性。表7 聚烯烃粘接剂的特性粘接剂性能试验标准参数熔体指数（190/2.16 kg）ISO 11335 g/10 mm熔点DSC134维卡软化点ISO 306121密度ISO 11330.944断裂伸长率ISO 527-2约600%面层是高密度聚乙烯，表8列出了它的特性。表8 高密度聚乙烯面层的特性高密度聚乙烯面层性能试验标准参数熔体指数（190/2.16 kg）ISO 11335 g/10 mm熔点DSC128维卡软化点ISO 306120密度ISO 11830.952本工业规模试验用的钢管长12 m、外径114 mm、壁厚3.6 mm。4.2 涂敷工艺如图7所示，

36、涂敷工艺描述如下。经过喷砂清理后，钢管表面清洁度达到Sa 2.5，粗糙度Rz处于55微米与65微米之间。硅烷化学处理溶液浓度5%，其相当于2.5%的纯硅烷。将硅烷化学处理溶液刮涂在钢管表面上，达到每平米大约50 g的量。图7 采用SILPIPE硅烷溶液化学处理的三层聚烯烃管道防腐工艺4.3 热水浸泡后的附着力委托独立实验室（德国Korrosionstechnik Heim）进行了这些试验。两组试件接受了附着力试验。第一组防腐管样品是经过硅烷溶液化学处理的，第二组防腐管样品是没有经过硅烷溶液化学处理的。浸泡试验管段长度为300 mm。防腐管子样品分别在65和80热水里浸泡了1000小时。热水浸泡

37、老化前，所有样品的边缘采取措施密封，确保水只能通过涂层而不是边缘渗透侵入。在热水里浸泡一定时间后，按照EN ISO 21809-1标准进行附着力评价。4.4 结果和讨论图8所示结果表明，尽管三层聚乙烯管道防腐层样品经过热水浸泡，但是，硅烷溶液化学处理使防腐层依然维持了良好的附着力。这些结果表明，在工业规模的三层聚烯烃管道防腐层系统生产线上，如果采用SILPIPESCT硅烷溶液化学处理，能够确保熔结环氧粉末（FBE）底漆具有良好的附着力，并且这些结果与先前的实验室试验结果也是完全一致的。图8 硅烷化学处理对热水浸泡1000小时后涂层附着力的影响五、结论根据实验室试验和用户的操作数据反馈，已经证实

38、，当熔结环氧粉末（FBE）或者三层聚烯烃这样的管道防腐层处于高温潮湿的极端恶劣环境下时，它们会失去与钢管底材的附着力。虽然防腐涂层的屏障效应能够在较长时间里延迟附着力的损失，不过，失去附着力的事故还是不可避免地发生了。作为一项对策，就是通过形成共价型化学结合，增强涂层与金属底材之间的结合。采用正在申请专利权的SILPIPE工艺有望达到这样的目的。按照这种新工艺，准备涂敷单层熔结环氧粉末（FBE）涂层或者涂敷3LPE或者3LPP这样多层聚烯烃防腐系统的熔结环氧粉末（FBE）底漆的钢管表面上，经过喷砂清理和加热后，采用硅烷化学处理（SCT）。已经开发成特殊配方的硅烷水溶液SILPIPE SCT。结

39、果表明，无论作为单层熔结环氧粉末（FBE）涂层或者作为3LPE或者3LPP这样多层聚烯烃防腐系统的底漆，即使在非常严酷的使用环境中，SILPIPE硅烷化学处理工艺都能够维持熔结环氧粉末（FBE）的附着力。正在申请专利权的SILPIPE工艺已经引起工业界的关注。事实上，这种新的钢管表面硅烷化学处理工艺既不影响生产线的生产速度（无须冲洗），也增强了环境保护（不含任何溶剂，也不会产生冲洗废水），而且确保生产线操作人员的健康安全（没有溶剂，无有毒物质）。参考文献1) “The interest of new hydrophobic epoxy primers for three-layer coati

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