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0 引 言

電力設(shè)備長期工作在大氣、土壤和工業(yè)廢氣廢水這樣惡劣的環(huán)境之中，隨著全球?qū)δ茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，海上油氣田作為重要的能源資源開發(fā)領(lǐng)域，扮演著舉足輕重的角色。海上浮式生產(chǎn)平臺(tái)因其顯著的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，尤其適用于深水、遠(yuǎn)海及邊際油氣田的開發(fā)，越來越受到業(yè)內(nèi)的青睞。同時(shí)，相較于陸上油氣資源開發(fā)項(xiàng)目，海上項(xiàng)目由于其服役環(huán)境嚴(yán)苛，維護(hù)成本更高，所以對防腐蝕的設(shè)計(jì)及施工也有更高的要求。

海上油氣平臺(tái)所暴露的條件不同，所選用的防腐蝕設(shè)計(jì)方案也各不相同。常用的防腐蝕方案措施有耐蝕材料、電化學(xué)保護(hù)、表面改性處理和外覆涂層等。其中涂層防護(hù)技術(shù)以其成本低、適用范圍廣施工簡單、易于聯(lián)合其他防護(hù)技術(shù)等特點(diǎn)，成為目前最為廣泛的防護(hù)技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，施工工藝、施工環(huán)境控制等通常會(huì)成為影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本研究圍繞實(shí)際生產(chǎn)過程中聚硅氧烷面漆附著力異常問題展開調(diào)查，重點(diǎn)論述了附著力異常的實(shí)驗(yàn)思路及過程，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了針對異常區(qū)域的修補(bǔ)方案，同時(shí)提出針對聚硅氧烷面漆和高固含玻璃鱗片中間漆的配套，需要更嚴(yán)格的施工控制及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

1 涂料配套系統(tǒng)

1.1 腐蝕形式

本研究的涂料配套及其膜厚如表 1 所示。

該配套設(shè)計(jì)用于海上浮式生產(chǎn)平臺(tái)主結(jié)構(gòu)碳鋼表面防護(hù)，設(shè)計(jì)服役環(huán)境溫度-46~120 ℃，從理論上講防腐效果非常好：

（1）底漆：鋁粉環(huán)氧油漆，作為一種耐磨涂料，能夠減少機(jī)械損傷導(dǎo)致的腐蝕，在侵蝕性環(huán)境中提供屏蔽防護(hù)，鋁粉含量大約 8%。

（2）中間漆：固體份極高（約 92%）、低 VOC 含量的雙組分厚漿型環(huán)氧涂料，含有大量耐化學(xué)玻璃鱗片（約 30%以上），可提供優(yōu)異的耐腐蝕性、耐磨性和耐化學(xué)性能?？捎糜陲w濺區(qū)，用在常溫大氣環(huán)境“綽綽有余”。

（3）面漆：聚硅氧烷作為新型耐候面漆涂料，具有優(yōu)異的物理性能、耐化學(xué)性和耐腐蝕性能。與目前采用的聚氨酯面漆相比，其耐候、保光、保色等性能要更加優(yōu)越，同時(shí)由于聚硅氧烷中的固體分含量更高（約72%），環(huán)保性能更強(qiáng)。通常情況下，玻璃鱗片類涂料在大多數(shù)實(shí)踐中并不需要涂覆面漆。而聚硅氧烷是利用有機(jī)-無機(jī)混接技術(shù)形成的聚合體，因此聚硅氧烷在涂層附著力性能方面弱于更常用的聚氨酯面漆。本研究涉及的聚硅氧烷面漆與高固含玻璃鱗片配套涂料施工完成后，發(fā)現(xiàn)極個(gè)別位置附著力低于項(xiàng)目要求（＜5 MPa）的情形，見圖1。本研究從涂料兼容性及施工過程進(jìn)行分析，研究了可能的原因，并給出了修復(fù)方案及預(yù)防措施。

2 附著力異常原因分析

2.1 分析過程

2.1.1中間漆和面漆之間兼容性驗(yàn)證

按照表1涂層要求，制備中間漆加面漆的試板，試板尺寸150 mm×50 mm, 送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行干濕循環(huán)測試，驗(yàn)證中間漆和面漆的兼容性。一個(gè)干濕循環(huán)周期測試包括：試板放置在清水2d，再暴露在大氣環(huán)境中5d。經(jīng)過完整的6個(gè)循環(huán)后，測得附著力如表2所示。

從試驗(yàn)結(jié)果分析，無論覆涂間隔是1d，2d還是3d，中間漆和面漆附著力良好，所有測得值均遠(yuǎn)大于5MPa，證明理論兼容性良好。

2.1.2顯微鏡及紅外光譜分析

對附著力異常的樣品進(jìn)行現(xiàn)場取樣，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行顯微鏡和紅外光譜分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2知，附著力異常的樣品在去除附著不牢固的面漆后，可在顯微鏡下可觀察到些許白色物質(zhì)。

附著力異常樣品1#的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）如圖 3 所示。其中藍(lán)線表示在中間漆表面（去除未牢固附著的面漆）的紅外光譜，黑線表示中間漆內(nèi)部（去除中間漆表層）的紅外光譜。由圖3可知，在1 500~1800 cm-1及3000~3500 cm-1處，藍(lán)色譜線吸收強(qiáng)度明顯高于黑色譜線。1500~1800 cm-1處的特征峰判斷涂層表面出現(xiàn)了胺析出，主要基于以下因素：

（1）該中間漆為環(huán)氧-胺體系，涂料成品中含胺成份。

（2）酰胺的紅外吸收光譜帶輻射，酰胺I帶（1600~1800 cm-1）, 酰胺 II 帶（1 470~1 570 cm-1）,酰胺III帶（1250~1350 cm-1）,酰胺 A 帶（3300~3500 cm-1）

是酰胺的紅外特征峰。

（3）3000~3500 cm-1處的吸收譜帶理解為游離伯胺仲胺的N-H 伸縮振動(dòng)。因其他基團(tuán)如羥基等在此位置也有吸收峰，不能單一從這個(gè)位置判斷胺析出。

（4）1500~1 800cm-1處特征峰與酰胺I帶（1600~1800 cm-1）, 酰胺II帶（1470~1570 cm-1）基本吻合。該中間漆類型為環(huán)氧-胺體系涂料，從實(shí)驗(yàn)的樣品的紅外光譜圖中，在 1500~1800 cm-1處，可見中間漆表面的特征峰明顯高于中間漆內(nèi)部的特征峰，這與酰胺I帶，酰胺 II帶的特征峰吻合。同時(shí)結(jié)合顯微鏡觀察到的表面白色物質(zhì)，可以判斷中間漆表面有胺析出。

2.1.3施工環(huán)境

打砂噴漆工作均在涂裝車間完成，車間配有除濕及加熱設(shè)備，且設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行良好，每一步的施工檢驗(yàn)都嚴(yán)格按照規(guī)格書及報(bào)驗(yàn)計(jì)劃的要求進(jìn)行檢驗(yàn)，通過查閱報(bào)驗(yàn)記錄和日常巡檢記錄，并沒發(fā)現(xiàn)施工過程中有不符合要求的情形。但在調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)附著力異常的區(qū)域施工時(shí)間集中在冬季，通過進(jìn)一步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)部分噴漆結(jié)構(gòu)在中間漆噴涂完未完全固化時(shí)，因需物料倒運(yùn)，涂料車間大門會(huì)臨時(shí)開啟，在此期間，空氣中的濕冷的水汽凝結(jié)到中間漆表面與胺進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)溫度的降低會(huì)降低涂料的固化速度的降低，致使涂料內(nèi)部的胺有更多時(shí)間遷移到表面并進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致表面形成的少量不易察覺的胺析出。

2.1.4覆涂間隔

聚硅氧烷的覆涂間隔較短，如果超過覆涂間隔也容易出現(xiàn)附著力異常的情況。涂料產(chǎn)品說明書要求中間漆施工完后 48 h 內(nèi)完成聚硅氧烷面漆的覆涂。實(shí)際操作過程中，絕大多數(shù)構(gòu)件都在覆涂間隔內(nèi)完成了面漆的噴涂，有少部分的支架類小型構(gòu)件超過了間隔期。對超過間隔期的構(gòu)件，進(jìn)行表面重打砂紙后涂覆面漆，部分重打砂紙的支架面漆表面出現(xiàn)附著力異常的現(xiàn)象。

2.2 附著力異常結(jié)論

胺析出通常發(fā)生在高濕、低溫或通風(fēng)不良的施工或固化環(huán)境中。主要原因是固化劑成分中的胺與空氣中的二氧化碳或潮氣發(fā)生反應(yīng)形成胺基甲酸胺 、胺基甲酸酯 、碳酸氫胺 。伯胺與仲胺迅速與二氧化碳反應(yīng)形成胺基甲酸酯兩性離子 ，加入水可增加吸附能力和速率。叔胺不能直接與二氧化碳反應(yīng)，但是在水溶液中它能促進(jìn)二氧化碳 的水解 ，形成質(zhì)子化的碳酸氫胺。

如果涂層表面出現(xiàn)胺析出現(xiàn)象,表現(xiàn)為涂層表面有一層油光、點(diǎn)狀、輕微發(fā)黏物質(zhì)且呈堿性,導(dǎo)致涂層不完全固化,粘附性差,涂覆性不佳(即涂層間分離且附著力較差)。根據(jù)胺析出的原理，綜合兼容性測試實(shí)驗(yàn)、紅外光譜分析和施工的分析，附著力異常的原因基本可以鎖定是胺析出，造成胺析出的原因是涂料固化的溫差變化和面漆施工超過覆涂間隔。

3 面漆附著力異常區(qū)域的修補(bǔ)

針對此次已發(fā)生的面漆異常區(qū)域，結(jié)合異常的原因，制定了如下修補(bǔ)方案：

（1）用動(dòng)力工具充分去除附著不牢固的面漆，打磨至面漆附著牢固的區(qū)域。

（2）打磨出來中間漆的區(qū)域，需要用動(dòng)力工具充分羽化。測量膜厚，如果膜厚不足則施工中間漆至要求膜厚。

（3）方案 1：直接施工聚硅氧烷面漆。方案 2：在中間漆表面施工一道環(huán)氧連接漆，固化后，再施工聚硅氧烷面漆。方案 2 主要考慮如果在現(xiàn)場施工，環(huán)境條件更難控制，可能繼續(xù)出現(xiàn)察覺不到的胺析出情形，連接漆的加入可以增加面漆施工的容錯(cuò)率，保證一次成功。為了驗(yàn)證中間漆+環(huán)氧連接漆+聚硅氧烷的可行性，分別對施工完連接漆后，1d，3d，5d后施工面漆做了干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過 6 個(gè)循環(huán)（6 周）后，測得附著力數(shù)值仍大于 5 MPa,由此證明中間漆可以顯著延長覆涂間隔，同時(shí)緩沖胺析出帶來的施工風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 語

通過一系列的實(shí)驗(yàn)和分析，驗(yàn)證該油漆配套面漆與中間漆之間兼容性良好，本研究發(fā)現(xiàn)的局部區(qū)域附著力異常的情況，主要原因如下：

（1）施工時(shí)構(gòu)件表面溫差變化導(dǎo)致胺析出。

（2）施工時(shí)面漆超過規(guī)定的覆涂間隔。

基于以上分析,為達(dá)到該涂料系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能要求，在施工中除了滿足常規(guī)的施工條件外，還需要特別注意：

（1）嚴(yán)格控制覆涂間隔。如果有超過間隔期的情形，推薦用動(dòng)力工具完全拉毛后再施工。

（2）嚴(yán)格控制施工及固化環(huán)境。細(xì)小的環(huán)境變化也可能導(dǎo)致胺析出的產(chǎn)生，微量的胺析出肉眼無法看出，檢驗(yàn)過程需要更加嚴(yán)格仔細(xì)。