高温慢固化高固体分环氧涂料的研制

0 引言
溶剂型涂料在生产、施工、固化干燥过程中排放大量的挥发性有机化合物(VOC),随着世界范围内越来越高涨的环保呼声,很多国家制定了限制挥发性有毒溶剂排放的法规或条例,国内相应的标准和法规也正在完善之中。高固体分、无溶剂、水性、粉末涂料等低VOC 环境友好型涂料成为发展的主流[1]。在国内,高固体分环氧防腐涂料大多追求快速固化,特别是追求低温快速固化性能,而在非洲大陆环境,气温高达50 ℃以上,阳光曝晒下钢材温度可达60~70 ℃以上,管道内防腐喷涂又有较长的喷涂管线输送距离,涂料在这样的高温环境下要具有较长时间的适用期,而且需要喷涂在高温管壁上依然保持抗流挂性,达到一次喷涂厚膜要求,成为技术解决的重点。本文按照这样高温长适用期厚膜的现场要求,通过对环氧树脂、助剂、固化剂的精心选择,精确设计配方,研制生产了符合非洲现场施工条件,涂膜性能优异的高固体分环氧防腐涂料。

1 实验部分
1.1 配方组成
高固体分环氧防腐涂料是双组分反应型涂料,由甲乙两组分组成,配方见表1。

1.2 涂料制备工艺
将环氧树脂液1 和环氧树脂液2 搅拌均匀,加入膨润土高速分散20 min,加入助剂SKJ9801,高速分散20 min,然后依次加入其他助剂和颜填料充分高速分散,用砂磨机研磨至细度合格,制得甲组分进行包装,乙组分分散溶解均匀,进行包装。涂装时将甲组分与乙组分按质量比7∶1混合均匀即可施工。
1.3 产品性能
涂料性能见表2。

2 配方设计与分析
2.1 树脂的选择
环氧树脂具有力学性能好、粘结性能高、固化收缩率低、综合性能优异等特点,广泛应用于防腐涂料领域。环氧树脂的类型及相对分子质量对涂料性能的影响很大。因双酚A 型环氧树脂分子中含有极性高的脂肪族羟基和醚键,使其对底材具有较高的浸润性和粘附性,而且耐化学品性能也高,又因其结构为刚性的苯核和柔性的烃键交替排列,从而赋予漆膜较好的物理机械性能[2],为了获得良好的流动性及增加固体分,选用了低相对分子质量的液体环氧树脂1,同时为了获得更好的机械性能及韧性,选用稍高相对分子质量的环氧树脂2 配合使用,从而获得了优良的综合性能。
2.2 助剂的选择
高固体分涂料单道涂膜厚度要求较高,并且要在50~60 ℃的温度下施工,经过精细选择及大量实验验证,膨润土的抗流挂性基本不受温度的影响,可确保温度升高时一次喷涂的膜厚不受影响。SKJ9801 助剂本身赋予涂料触变性,使涂料长时间贮存防止结块且保持抗流挂性,而且能与膨润土作用,作为膨胀和润湿剂,使膨润土充分活化和胶凝,并降低涂料黏度,改善施工性。高固体分环氧防腐涂料由于黏度大,流平性欠佳,需添加适量流平剂,降低体系的表面张力,避免涂膜表面缺陷。而为了使颜填料在涂料体系中更好地分散,提高高速分散和研磨的效率,还需添加适量的分散剂。添加适量有效的消泡剂,可消除涂料在生产制备和施工过程中卷入空气形成的气泡。多种助剂的加入大大改善了高固体分涂料的性能,使涂膜平整光滑。
2.3 颜填料的选择
颜填料的选用很大程度上影响着涂层的最终性能,适合的颜填料不仅能提高涂层的物理机械性能和耐化学介质性能,而且对施工性能、储存性能也有改善。本方案作为底面合一的厚膜管道内防腐涂料,颜料以防腐性能优异的氧化铁红、云母氧化铁为主,填料选用以云母粉、石英粉为主,同时添加功能性防锈填料三聚磷酸铝、磷酸锌等,提高了涂膜的抗介质渗透性,降低了涂料成本。
2.4 固化剂的选择
固化剂是影响环氧防腐蚀涂料成膜性能和防腐性能的主要因素之一,因此固化剂的选择至关重要。应用于环氧涂料的固化剂种类繁多,并且大部分固化剂温度升高时,固化速度明显加快,不利于现场施工。而单纯减少固化剂的使用,可能会临时满足施工要求,但会影响涂膜最终的性能。经过大量的筛选及与固化剂生产厂家合作,最终特制了一种改性的腰果壳油酚醛胺2541 固化剂,使涂料在50 ℃时适用期能够达到2 h 左右,并且满足表干及实干要求。这种固化剂同时赋予涂膜优异的耐水性和柔韧性,提高了耐化学腐蚀性能。
2.5 施工效果
本研究生产制备的高固体分环氧防腐涂料,在非洲大陆50 ℃高温环境下,应用自控调频无气喷涂步行车对各种管径的管道内壁进行防腐施工,其施工进度、施工便利性(较长适用期)、一次成膜干膜厚度(≥250 μm)、涂膜性能等都达到甚至超越了设计要求。

3 结语
通过原材料的选择,配方的设计,工艺流程的规范,用膨润土与SKJ9801 相互作用,得到了高温抗流挂、防沉降的涂料,选用特制的固化剂得到了高温长适用期的环氧涂料。这种涂料自成功研发生产以来已在苏丹三、七区管道内壁防腐施工应用了几百吨,用于油田注水、输油管线,取得了非常好的效果。

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