自2022年以来,俄乌冲突频发和西方制裁加剧了全球能源供需的失衡。在地缘政治冲突、气候变化和汇率波动等多种因素的影响下,未来全球能源安全将充满不确定性。为了保障能源安全,许多国家正在逐步建立其战略石油储备。作为国家能源系统的基本组成部分,原油储罐在向更大规模和更复杂的方向发展时面临着安全挑战。目前,这些储罐主要受到腐蚀的威胁,这不仅缩短了它们的使用寿命,还引发了严重的漏油风险,可能导致火灾和爆炸。此外,在提取过程中,摩擦产生的静电也会引发静电点燃的风险。
在过去的二十年里,聚脲涂层因其优异的机械性能和耐化学性而备受关注。近年来,许多研究表明,聚脲涂层还具有优异的耐腐蚀性。然而,聚脲涂层在耐油性和导静电性能方面并不突出,不适合用于储罐的长期保护。通常,导电涂层分为两类:本征型,即树脂本身具有导电性;添加型,即含有导电填料。相比之下,由本征型导电聚合物制备的涂层的耐腐蚀性较差。对于添加型导电涂层,当使用碳基导电填料时,涂层的任何损坏都会导致底层金属作为阳极,从而加速腐蚀速率。因此,这类涂层在石化储罐中已被禁止使用。
导电复合云母粉以云母为基材,涂覆半导体氧化物,通过强氧化处理可实现永久导电性。云母粉的层状结构形成“鱼鳞”状结构,产生“迷宫”效应,提供了优异的屏蔽和抗渗透能力,最终提高了涂层的耐腐蚀性。此外,与碳基填料不同,它在涂层受损时不会与基材形成微电偶电池,从而防止腐蚀加速。另外,与深黑色碳基导电填料相比,导电云母呈现浅粉色,这使得能够制备浅色涂层,有助于在外部刺激下观察涂层的损坏情况。因此,选择导电云母粉,既提高了电导率,又同时增强了涂层的耐腐蚀性。最近的研究表明,引入氟碳链有助于增强涂层的耐油性。目前这种集优异耐腐蚀性、静电放电能力和耐油性于一体的高性能涂层很少有报道。
近期,华南理工大学陈中华/李红强团队成功制备了一种具有耐油性、防腐和静电耗散性能的聚脲涂层。
首先,通过七氟丁酸乙酯和四乙烯五胺合成氟化多胺(FMA),然后将其与聚天冬氨酸树脂混合,以六亚甲基二异氰酸酯三聚体和异佛尔酮二异氰酸酯作为交联剂,添加导电云母粉,制得聚脲涂层。 当FMA的含量为3wt%时,所制得的聚脲涂层具有优异的耐腐蚀性和耐油性,在5wt%的NaCl溶液中浸泡30天后,低频阻抗模量为5.5×108Ω·cm2;暴露于中性盐雾3000小时后,基材表面仅有轻微的腐蚀现象;在62°C的汽油中浸泡3000小时后,涂层未出现裂纹、生锈或起泡现象,基材上也没有明显的锈迹。该涂层的表面电阻率为3.29×109Ω,满足储罐的静电耗散要求。此外,该涂层的水接触角为100°,表现出良好的疏水性。 本研究开发的耐油、耐腐蚀和静电耗散的聚脲涂层在石化储罐和运输管道等领域具有巨大的应用潜力。 盐雾试验 在盐雾条件下暴漏3000小时后,采用不同质量分数FMA制备的聚脲涂层涂覆的冷轧钢板基材的形态。 耐油性试验 (a)在62°C的汽油中浸泡3000小时后,涂有不同质量分数FMA聚脲涂层的钢棒照片,以及(b)去除聚脲涂层后钢棒的照片。 防腐机理 涂层的防腐机理示意图。 数据来源与出处 相关研究成果以“Oil-resistant, anticorrosive and electrostatic-dissipating polyurea coating derived from fluorinated multiple amine”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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