石化設備用低VOCs重防蝕塗料技術之發展與展望

 

刊登日期:2015/4/5
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台灣地區大氣腐蝕現況與對石化安全之威脅
早期國內單位雖嘗試引用國外大氣腐蝕數據,作為台灣沿海地帶進行防蝕塗料或其他保護材料設計之依據,但結果發現,使用年限與性能均不如預期,也因此間接造成許多工安意外事故及人員財務損失,主因為台灣亞熱帶海島型氣候環境特殊,其設備腐蝕問題遠比歐美大陸型氣候或緯度較高的日韓等地區嚴重許多。

如表一所示,ISO 12944 重防蝕塗裝規範將大氣腐蝕環境分類為 C1~C4、C5-I(工業)及C5-M(海洋)六組等級,其中 C1~C3 為腐蝕性較低的等級,歐美內陸的大陸型氣候大多在此範圍內,部分沿海或化工工業區會達到C4或C5等級,其中C5為腐蝕性非常高環境類別,而 C5-M 適用台灣海洋腐蝕環境,此環境定義為碳鋼年腐蝕速率 1,500 g/(m2• a)以下。

ISO 12944中也針對不同的環境,建議其重防蝕塗裝材料與塗層系統,如表二所示,以編號 S7.09、Expected Durability 為 High 的塗料系統為例,其主要使用環氧( Epoxy )或聚氨酯( Polyurethane;PU )樹脂添加鋅粉,形成富鋅底漆(Priming Coat),底塗膜厚須達到40 μm以上,而中塗(Intermediate Coat)與面塗(Top Coat)使用環氧塗料與PU塗料,整體塗裝系統膜厚須達 320μm,其中系統的表面處理等級( Surface Preparation Grade )須達 Sa 以上,如此才能確保在 C5 大氣腐蝕等級環境下使用,也是目前國內石化廠常使用的塗裝系統。

低 VOCs重防蝕塗料發展趨勢
在過去 20年中,越來越嚴格的環保法規已經在塗料產品上強制執行,最初是針對裝飾性塗料,但後來也逐漸擴大到工業塗料,法規主要針對塗料產品中的 VOCs含量,以及塗料中對健康有害的化合物加以規範及限制,尤其近年來中國地區霾害嚴重,歐美與中國地區對於建築塗料VOCs法規不斷提高標準,目前歐美地區的塗料 VOCs普遍可達到 150 g/L以下,甚至部分地方政府限制在 50 g/L以下,中國地區則規範在 120 g/L以下,相較台灣仍在 200 g/L左右,尚有進步空間。至於工業防蝕塗料方面,美國、英國、荷蘭和奧地利等一些國家,也開始限定工業塗料 VOCs的上限,如表四所示,其中美國加州甚至已規定底漆到 100 g/L以下的水準。


圖二、2011年全球塗料應用市場分佈圖

工研院低VOCs環氧防蝕塗料發展近況
鑒於台灣具有極端特殊的重腐蝕環境,工研院材化所近年來積極推動國內自有低 VOCs重防蝕技術之發展,工研院材化所利用多官能基的環氧寡分子,提高分子的流動性,並合成高分子量、液態可流動的環氧樹脂,此材料可用於配置高固型份、低 VOCs的環氧塗料,同時分子量較高,可滿足塗膜耐熱、耐候與高接著性的需求。如表七,分別使用不同聚酯結構合成的三種高分子量分支型液態環氧樹脂,其黏度與分子量等測試結果可發現,重量平均分子量均達到 6,300以上,而黏度仍可維持在具有良好流動性的 4,000 cps以下,且環氧當量均達到 1,000 mgKOH/g以上,相較市售環氧樹脂環氧當量超過 300 mgKOH/g時即呈現固態者,本計畫開發之樹脂可大幅減少為了配置成塗料額外添加之溶劑量,因而可大幅降低塗料 VOCs
……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

表九、使用工研院低VOCs環氧塗料與市售溶劑型環氧塗料之防蝕比較

作者:湯偉鉦、陳魏素美、蘇一哲 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌340期」,更多資料請見下方附檔。


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