新型管道防腐环氧粉末涂料的研制

0 引言
粉末涂料是一种完全不含有机溶剂的环保型绿色涂料,它以微粉形态存在,采用静电喷涂技术施涂在加热的基材表面,熔融成膜。与传统的溶剂型涂料相比,粉末涂料没有溶剂污染、涂覆方便、固化速度快、涂膜性能优异,是一种从20 世纪60 年代在国外发展起来的高新技术。环氧粉末涂料属于粉末涂料的一大类,采用环氧树脂为基料、配以颜料、填料和助剂而成。进入90 年代之后,随着我国石油和石化工业的发展,对管道防腐涂料提出了更高要求,许多传统的防腐涂料已不能满足需要。在这种情况下,环氧粉末涂料被应用到管道防腐中,表现出杰出的粘结力、优异的施工性、卓越的防腐性和防腐寿命,受到业界人士的好评。至今,管道防腐环氧粉末涂料已成为最具市场前景的品种之一。

1 涂料配方研究
1.1 配方设计的基本要求
环氧树脂的结构和性能是决定涂料和涂膜性能的主要因素,选择环氧树脂时应考虑熔融温度和分解温度、熔融粘度、电性能、树脂稳定性、附着力等因素。从工业化生产的角度,考虑环氧树脂的合成工艺、原料来源、价格、毒性等重要条件。管道防腐环氧粉末涂料,一般采用室温下为固态的双酚A 环氧树脂,如60l、604 等牌号的品种,可以满足要求。环氧树脂的用量应与固化剂用量结合考虑,一般来说,1 mol 环氧基团可配l~1.2 mol 活性氢当量的固化剂。

固化剂在很大程度上支配着涂料和涂膜的性能,因此必须认真选好固化剂。一般要求:①在常温下是固体,即粉末状、粒状或者片状;②在制造粉末涂料的热熔融混合工序中,同树脂或者其他成
分不起化学反应;③制造成粉末涂料后,粉末涂料的贮存稳定性良好,在室温下贮存半年以上,同树脂及其他成分不起化学反应,也不凝聚结块;④从节能考虑,配制成粉末涂料后,能促使粉末涂料在低温下迅速固化,形成满意的涂膜;⑤要求固化剂的刺激性臭味和毒性小,无害于身体健康和环境卫生;⑥在烘烤成膜过程中,最好不释放出有刺激性臭味及有毒的化合物或者气体;⑦固化剂应无色,不能使涂膜着色,否则影响涂膜外观和使用效果;⑥固化剂要求生产工艺简单、原料来源丰富、价格便宜。一般采用酚醛树脂、双氰胺、改性双氰胺咪唑等固化体系。

颜填料应具备耐热性,管道防腐环氧粉末涂料的固化温度一般在200~240℃,选用的颜填料在此温度下应充分稳定,使涂膜在固化过程中不发生变色、性能削弱等问题。此外,为达到防腐性能的要求,还要求颜填料具有足够的硬度和耐磨性,总体来说,无机颜填料比有机颜填料的耐温和耐化学性好。钛白、铁红、铁黑、云母氧化铁、炭黑、酞菁蓝、酞菁绿和群青、沉淀硫酸钡,轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、沉淀二氧化硅、云母粉和石英粉等,可以满足要求。使用助剂的目的是调整涂料的特定功能。流平剂可用丙烯酸树脂类流平剂,用量为树脂用量的0.2%~2%。涂膜边角覆盖力改进剂可用微细粉状二氧化硅。消光剂可用纳米二氧化硅、滑石粉、硬脂
酸铝、硬脂酸钙等。

1.2 涂料配方
根据上述要求设计初始配方后,采用特殊的复合固化剂,经过反复的配方调试和筛选,得到管道防腐环氧粉末涂料的最佳配方(质量份):
604 环氧树脂 80
复合固化剂 24.4
颜填料 40
助剂 0.6

2 涂料制备工艺
涂料制备工艺如下:
环氧树脂、固化剂、颜填料、助剂→混合→挤出→压片→粉碎→样品。

3 涂料性能
对筛选出的最佳配方,进行了性能测试,结果分别见表1~3。


采用差示扫描量热仪(DSC)对涂料样品进行测试,实验中温度每分钟升高20℃,重点测试100~200℃范围内的热流变化,结果见附图。

由附图可见:145℃左右涂料开始交联固化,170℃左右放热量达到峰值,200℃左右固化反应结束,在线性升温状态下固化时间不到3 min。

4 结语
经过深入的理论分析和精心的材料选择,减少了涂料配方筛选的工作量。采用国产原料研制了性能优异的管道防腐环氧粉末涂料,完全可以满足我国管道防腐的需要,市场前景十分看好。

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