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改性環(huán)氧重防腐粉末涂料的應用研究

所屬分類：行業(yè)動態(tài) 發(fā)布時間： 2021-12-14 作者：admin

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改性環(huán)氧重防腐粉末涂料的應用研究

0引言

目前我國管道防腐層已經從20世紀90年代后期的熔結環(huán)氧粉末（FBE）和三層聚乙烯（3層PE）兩種防腐層發(fā)展到近年的單層環(huán)氧粉末涂層和雙層環(huán)氧粉末涂層防腐工藝，目前市面上應用于管道上的環(huán)氧重防腐粉末涂料根據行業(yè)標準SY/T 0315-2013,其固化溫度要求為230℃，固化時間≤2min。由于管道尺寸大且厚重，傳統(tǒng)的爐道加熱方式下，管道表面溫度從初始常溫狀態(tài)到粉末涂料固化所需要的溫度230℃至少需要60min左右，極大地限制了生產效率的提高。同時較高的溫度條件一定程度上對管道的強度造成了損耗，涂裝施工環(huán)境惡劣。環(huán)氧重防腐粉末涂料的提高和涂裝施工環(huán)境的改善。本研究的目的在于提高實現環(huán)氧重防腐粉末涂料的低溫快速固化的方法和思路，并作出初步的探討。

1實驗部分

1.1實驗原材料

雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛改性環(huán)氧樹脂、雙氰胺、改性咪唑固化促進劑、酚類固化劑、潤濕劑、鈦白粉、云母粉、活性硅微粉、沉淀硫酸鋇、流平劑、消泡劑、原料規(guī)格均為工業(yè)級，市售。

1.2改性環(huán)氧重防腐粉末涂料參考主體配方

參考配方見表1.

表1 參考配方

原料名稱	w/%	備注說明
雙酚A型環(huán)氧樹脂	50～60	環(huán)氧當量860～950g/eq
酚醛改性環(huán)氧樹脂	15～20	環(huán)氧當量760～850g/eq
酚類固化劑	15～20	酚羥基當量230～360g/eq
固化促進劑	0.3～0.5	改性咪唑
填料	20～30	云母粉、硫酸鋇
助劑	1.0～1.5	流平劑、消泡劑
顏料	0.5～1.0	有機顏料

1.3實驗儀器設備

雙螺桿擠出機、..中藥粉碎機、180篩網、預混合機、電子天平、靜電噴槍、電熱噴槍、電加熱烘箱以及紅外加熱燈管。

1.4重防腐粉末涂料的制備及檢驗方法

按配方稱量原材料，混合均勻，用雙螺桿擠出機出壓片破碎后再經高速粉碎機粉碎，過180目標準篩，采用靜電噴涂的方法將粉末涂料噴涂于100mm X 100mm X 3mm經噴砂處理的鋼板上，固化條件為160℃/3min，然后根據中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準《SY T0315-2013鋼質管道熔結環(huán)氧粉末外涂層技術規(guī)范》進行各項性能測試。

2結果分析與討論

2.1不同當量的雙酚A環(huán)氧樹脂對涂層性能的影響

試驗對比了不同環(huán)氧當量的雙酚A環(huán)氧樹脂，結果如表3所示

表2不同環(huán)氧當量的雙酚A型環(huán)氧樹脂關鍵性能對比

項目及性能	實驗序號
項目及性能	1#	2#	3#	4#	5#	6#
環(huán)氧當量/（e·eq^-1）	600～650	700～750	760～850	860～950	960～1050	1100～1200
環(huán)氧合成工藝	一步法	一步法	一步法	二步法	二步法	二步法
300um涂膜工藝	流掛	流掛	流掛	優(yōu)	優(yōu)	橘皮
抗彎曲（3°）	開裂	開裂	開裂	無開裂	無開裂	無開裂
沖擊強度/J	2	2	3	5	5	5
黏結強度	42	47	52	60	58	50
陰極剝離【-1.5V,(65±2)℃，2d】/mm	6.1	5.7	5.2	3.2	3.6	4.8

表2中1#～6#對比實驗結果顯示環(huán)氧當量在600～1200范圍內，當選用的環(huán)氧樹脂其環(huán)氧當量＜860g/eq時，所制備的涂層彎曲性能測試時涂層發(fā)生開裂現象，這表明其涂層的韌性較差。環(huán)氧當量在一定程度的范圍內，隨著環(huán)氧當量的增加，環(huán)氧樹脂主鏈結構當中柔性鏈增長，環(huán)氧的反應活性下降，交聯固化后涂層的韌性增強。但當環(huán)氧當量達到一定程度時，隨著環(huán)氧結構鏈上剛性苯環(huán)增加，固化后的涂層其剛性增強從而導致韌性減弱，同時由于環(huán)氧反應活性的下降，導致固化后的環(huán)氧涂層粘結強度也產生一定程度的下降。綜合涂層的粘結強度、陰極剝離和沖擊性能等關鍵性能指標，4#實驗選用的環(huán)氧當量在860～950g/eq的雙酚A型環(huán)氧樹脂比較適合用于重防腐粉末涂料。

2.2線型酚醛改性環(huán)氧樹脂與雙酚A型環(huán)氧樹脂復配對涂層性能的影響

線型酚醛改性環(huán)氧樹脂由于其苯環(huán)含量高、碳鏈短，且每個高分子鏈上至少具有3個環(huán)氧基，所以其固化速度快、涂層交聯密度大。本研究選用環(huán)氧當量為750～860g/eq的線型酚醛改性環(huán)氧樹脂與雙酚A型環(huán)氧樹脂復配，研究其對涂層性能性能的影響。表4是線型酚醛改性環(huán)氧樹脂（EPN）與雙酚A型環(huán)氧樹脂復配，研究其對涂層性能的影響。表4是線型酚醛改性環(huán)氧樹脂（EPN）與雙酚A環(huán)氧樹脂（BPA）不同組合情況下的對涂層性能的影響。

表3 EPN與BPA（E-12）環(huán)氧樹脂組合對涂層性能的影響

項目	編號
項目	1#	2#	3#	4#	5#	6#
m（ENP）/m（BPA）	80/20	60/40	50/50	40/60	30/70	20/80
300um涂膜外觀	橘皮	橘皮	優(yōu)	優(yōu)	優(yōu)	優(yōu)
抗彎曲性	開裂	開裂	開裂	無開裂	無開裂	無開裂
沖擊強度/J	3	4	5	6	6	7
黏結強度/mpa	83	78	72	69	66	64
陰極剝離【-1.5V,(65±2)℃，2d】/mm	1.9	1.9	2.1	2.2	2.3	2.6

從表3可以看出，EPN型樹脂與BPA型樹脂搭配時，EPN型樹脂/BPA型樹脂的配比從（80/20）～（20/80）變化時，隨著EPN占比的增高，涂層的粘結強度增強陰極剝離性能提高，但其彎曲性能和沖擊強度下降。這是因為EPN型樹脂的環(huán)氧官能度較BPA型環(huán)氧樹脂要高，交聯固化反應速度較快，表現為固化后的涂層較脆，粘結強度較強，同時因為涂膜的表面致密度高，其陰極剝離性能較好，但不足之處在于交聯密度高，其陰極剝離性能較好，但不足之處在于交聯密度過高容易導致涂膜脆化，表現為涂膜的柔韌性和抗沖性能下降。從表3可以看出，當EPN型樹脂/BPA型樹脂的配比為40/60和30/70時，得到的涂層綜合性能.佳。

2.3固化體系的優(yōu)化

表4 幾個固化體系在一定固化條件下能否固化的對比

項目	編號
項目	1#	2#	3#	4#	5#
固化劑	酚類A	酚類B	葵二酸二酰肼	雙氰胺	改性雙氰胺
用量/%	11.5	15	5	4	4
固化促進劑用量/%	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
固化條件160℃/3min	通過	通過	通過	通過	通過
膠化時間（160℃）/s	13	45	142	160	90
外觀	橘皮重	平整	平整	平整	平整

表4的試驗結果表明，5種固化體系中雙氰胺、葵二酸和改性雙氰胺固化劑均不能在160℃/3min條件下完全固化。只有酚類固化劑的涂層在160℃/3min實現了完全固化。酚類固化劑A體系反應速度過快，涂層流平效果較差，橘皮重。因此選擇酚類固化劑B作為本研究.終的固化劑。2#試驗配方所制備的粉體和涂層的DSC分析測試及結果見圖1 和圖2.

圖1為表4中2#試驗的粉體進行的固體行為分析結果，從圖中可以看出，當溫度升到100℃左右時，有放熱峰出現，表明固化反應開啟，固化反應放熱峰的峰值對應的溫度為144.3℃。圖2為取表4中2#試驗固化的涂層進行DSC固化行為分析，結果圖顯示無放熱峰，表明涂層已完全固化。從粉體和涂層的DSC固化行為分析結果可以佐證表4中的2#試驗固化體系在160℃/3min實現了完全固化。

2.4不同填料對涂層性能影響

本研究分別考察了云母粉、硅微粉、沉淀硫酸鋇填料對涂層性能的影響，結果如表5所示。

表5 填料種類對涂層性能的影響

性能	填料種類
性能	云母粉	硅微粉	硫酸鋇	硫酸鋇：云母粉=1:1
涂層的界面孔隙率/級	1	2	1	1
涂層的斷面孔隙率/級	2	3	1	1
電氣強度KV/mm	58	53	32	46
可彎曲性	PASS	NG	PASS	PASS
吸水增重率/%【蒸餾水，（60±2）℃，15d】	0.9	1.6	0.5	0.7
吸水增重率【3.5%NaCl，（60±2）℃，15d】/%	0.8	1.4	0.6	0.7

試驗結果表明，相同條件下，填料成分選用云母粉的涂層電氣強度.優(yōu)，填料選用沉淀硫酸鋇的涂層孔隙率和助劑.低，致密度.優(yōu)，選用硅微粉填料的涂層硬度增加，導致彎曲測試不合格。填料成分為硫酸鋇與云母粉按1:1復配的涂層綜合性能.佳。

3結語

通過對重防腐粉末涂料用環(huán)氧樹脂、固化體系、填料和助劑等進行系統(tǒng)研究，對比了環(huán)氧樹脂、固化劑、填料及助劑的類型與用量，粉末涂料生產工藝對重防腐粉末涂料性能的影響，選用線性酚醛改性環(huán)氧樹脂和雙酚A型環(huán)氧樹脂組合體系以80/20～20/80（質量配比）組合，并采用酚類固化劑B作為固化劑，通過進一步優(yōu)化配方，.終得到了在160℃下3min實現固化的改性環(huán)氧重防腐粉末涂料。