0前言

重防腐粉末涂料主要側(cè)重于對(duì)底材的保護(hù)功能,其優(yōu)良特性主要體現(xiàn)在涂層的優(yōu)良抗化學(xué)品性、耐溶劑、優(yōu)異的物理性能、良好的附著力、較高的玻璃化溫度和良好電絕緣性,施工工藝簡(jiǎn)易,不需底漆可一次厚涂,快速固化有利于流水線作業(yè),易于檢測(cè)與修補(bǔ),涂層質(zhì)量易于控制等等。

近年來,粉末涂料以其安全高效、無污染等特點(diǎn)在重防腐領(lǐng)域特別是在管道重防腐方面得到快速推廣應(yīng)用,從最初的石油天然氣管道防腐擴(kuò)大到城市地下污水管網(wǎng)防腐,并進(jìn)一步擴(kuò)大到建筑鋼筋、鋼纜的防腐涂裝。盡管我國(guó)粉末涂料的產(chǎn)量已經(jīng)十分巨大,但主要還是裝飾性粉末涂料,真正滿足重防腐性能的粉末涂料還很少,尤其是快速固化重防腐粉末涂料。

本文主要對(duì)改性環(huán)氧重防腐粉末涂料配方的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn),詳細(xì)闡述了各種顏料、助劑等諸因素對(duì)涂膜性能的影響,并對(duì)涂膜物理機(jī)械性能和耐化學(xué)品腐蝕性能進(jìn)行了研究。

1試驗(yàn)部分

1.1原材料

重防腐粉末涂料用原材料：改性環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂、改性交聯(lián)劑、催化劑、鈦白粉、潤(rùn)濕劑、沉淀硫酸鋇、流平劑、安息香、活性硅微粉、蠟粉。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

微粉碎機(jī)、SLJ-30熔融擠出機(jī)、振動(dòng)篩(150～200目)、靜電噴槍、高溫恒溫烘箱。

1.3涂料及試板制備

1.3.1涂料制備

改性重防腐粉末涂料的制粉工藝采用常見的熔融混合擠出法,混合物料經(jīng)過高溫熔融擠出、壓片冷卻、破碎、研磨粉碎、篩分,然后靜電噴涂施工。試驗(yàn)用配方見表1。

表1試驗(yàn)配方

1.3.2試板制備

將原材料嚴(yán)格按照表1配方稱量并且混合均勻,利用SLJ-30擠出機(jī)擠出(一區(qū)溫度控制在105℃,二區(qū)溫度控制在110℃),烤箱溫度為(230±2)℃,烘烤時(shí)間為90s,制備試板,檢測(cè)所用基材見表2。

表2檢測(cè)用基材

注：試板做好后在恒溫恒濕室內(nèi)放置24h以后檢測(cè)。

2結(jié)果與討論

在制粉的試驗(yàn)配方研究中發(fā)現(xiàn),不同樹脂的選擇、催化劑的用量、填料的種類及用量、烘烤溫度、烘烤時(shí)間等對(duì)制粉性能有較大的影響,同一配方的粉末涂料涂膜的厚度以及噴涂在不同的基材表面時(shí),物理機(jī)械性能也有較大的差異。

2.1不同樹脂的選擇對(duì)涂料的影響

環(huán)氧樹脂由于分子結(jié)構(gòu)中大量的苯環(huán)、醚鍵、羥基結(jié)構(gòu),對(duì)基材特別是金屬基材具有優(yōu)異的附著力,耐熱、耐化學(xué)腐蝕,形成的涂層具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度,如硬度、耐冷熱沖擊與機(jī)械沖擊等性能。目前重防腐粉末涂料所采用的環(huán)氧樹脂主要為中分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂與酚醛環(huán)氧樹脂。

表2檢測(cè)用基材

注：試板做好后在恒溫恒濕室內(nèi)放置24h以后檢測(cè)。

2結(jié)果與討論

在制粉的試驗(yàn)配方研究中發(fā)現(xiàn),不同樹脂的選擇、催化劑的用量、填料的種類及用量、烘烤溫度、烘烤時(shí)間等對(duì)制粉性能有較大的影響,同一配方的粉末涂料涂膜的厚度以及噴涂在不同的基材表面時(shí),物理機(jī)械性能也有較大的差異。

2.1不同樹脂的選擇對(duì)涂料的影響

環(huán)氧樹脂由于分子結(jié)構(gòu)中大量的苯環(huán)、醚鍵、羥基結(jié)構(gòu),對(duì)基材特別是金屬基材具有優(yōu)異的附著力,耐熱、耐化學(xué)腐蝕,形成的涂層具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度,如硬度、耐冷熱沖擊與機(jī)械沖擊等性能。目前重防腐粉末涂料所采用的環(huán)氧樹脂主要為中分子量的雙酚A型環(huán)氧樹脂與酚醛環(huán)氧樹脂。

考慮到涂層防腐與附著力要求,要求軟化點(diǎn)較高,而環(huán)氧值不能太低,保證形成的涂層既有較好柔韌性又要有一定的交聯(lián)度,以保證涂膜的附著力與表面硬度,但純雙酚A環(huán)氧樹脂只有分子結(jié)構(gòu)的兩端有環(huán)氧基,為了得到好的韌性與較高軟化點(diǎn),所以只能選擇環(huán)氧值較低的樹脂,但其固化產(chǎn)物交聯(lián)密度低,帶來的結(jié)果是耐化學(xué)性能與耐熱性不夠好,涂層硬度、耐磨性及附著力也不夠好。酚醛環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中可有多個(gè)環(huán)氧基,固化產(chǎn)物的交聯(lián)密度與芳香密度都比較高,涂膜的硬度與耐熱性、耐磨性、耐化學(xué)腐蝕性及對(duì)基材的附著力都比較好,因此,國(guó)外在設(shè)計(jì)重防腐粉末涂料配方中多選擇酚醛環(huán)氧樹脂或改性酚醛環(huán)氧樹脂。酚醛環(huán)氧樹脂雖有較好的防腐性能,但全部采用酚醛環(huán)氧樹脂特別是當(dāng)酚醛環(huán)氧樹脂環(huán)氧值較高時(shí),可能導(dǎo)致固化物脆性大,低溫彎曲與沖擊性能較差,兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。因此,在酚醛環(huán)氧樹脂中加入部分雙酚A型環(huán)氧樹脂,有助于提高其耐低溫彎曲與沖擊性能,酚醛環(huán)氧/雙酚A環(huán)氧混合比例在80/20～20/80,見表3。

表3兩種環(huán)氧樹脂的不同比例對(duì)涂料性能的影響

由表3可以看出酚醛環(huán)氧/雙酚A環(huán)氧對(duì)涂層性能的影響規(guī)律是：隨酚醛環(huán)氧用量增加,涂膜附著力、硬度、耐化學(xué)腐蝕能力增加,但柔韌性、耐彎曲沖擊性能下降,具體比例還與所選擇的促進(jìn)劑體系、顏填料種類與用量及涂膜所要求的最終性能有關(guān)。

在兩者比例為70/30時(shí),物化性能達(dá)到最佳,由此固定兩種環(huán)氧樹脂的應(yīng)用比例做后續(xù)試驗(yàn)。

2.2催化劑的用量對(duì)涂膜物理機(jī)械性能的影響

催化劑二甲基咪唑在改性環(huán)氧重防腐粉末涂料中直接關(guān)系到涂膜的成膜程度,其添加量的不同對(duì)涂膜的物理機(jī)械性能有著較大的影響,見表4。

由表4中可以看出在相同條件下,催化劑的用量占整個(gè)配方質(zhì)量的0.7%～0.8%時(shí),涂膜的物理性能是最好的,由此固定催化劑的用量做后續(xù)試驗(yàn)。

2.3填料的種類及用量對(duì)涂膜耐介質(zhì)性能影響

2.3.1填料的種類對(duì)涂膜耐介質(zhì)性能影響

分別考察了沉淀硫酸鋇、重質(zhì)碳酸鈣、活性硅微粉,見表5。

2.3.2填料的添加量對(duì)涂膜耐介質(zhì)性能影響

不同的填料進(jìn)行配方設(shè)計(jì)如表6所示。填料添加量對(duì)涂膜耐介質(zhì)的影響如表7所示。由表5、表6、表7可以看出,適合改性環(huán)氧重防腐粉末涂料的填料為沉淀硫酸鋇和活性硅微粉,兩者相搭配的比例為1:2,由此固定填料的種類和使用比例做后續(xù)試驗(yàn)。

2.4固化條件對(duì)涂膜的影響

涂膜的烘烤時(shí)間及烘烤溫度對(duì)涂膜的固化程度有著較大的影響,見表8、表9。

表4催化劑的用量對(duì)涂膜物理性能的影響

注：烘烤條件為230℃/1.5min,涂膜厚度70～80μm。

表5填料種類對(duì)涂膜耐介質(zhì)的影響

注：常溫90d,填料量為配方總質(zhì)量的30%。

表6配方設(shè)計(jì)

表7填料添加量對(duì)涂膜耐介質(zhì)的影響

表8固化時(shí)間對(duì)涂膜的影響

(1):固化溫度均為230℃。

表9固化溫度對(duì)涂膜的影響

(1):固化時(shí)間均為90s。

由表8、表9可以看出,改性環(huán)氧重防腐粉末涂料的最佳固化條件為230℃·90s。

2.5基材對(duì)涂料的影響

在噴涂試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),改性環(huán)氧重防腐粉末涂料在馬口鐵板、鋁型材、鍍鋅鋼材表面以及管材的內(nèi)外壁噴涂時(shí)所形成的涂膜及流平性能較好,但在鑄件、多孔基材和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件表面噴涂時(shí),邊角處上粉率低,涂膜表面容易出現(xiàn)針孔。在試驗(yàn)中我們通過功能性助劑的篩選,尤其是在使用了多孔基材潤(rùn)濕劑以后,不僅提高了邊角上粉率,還改善了涂膜的表觀及各種物理性能。

3物理化學(xué)性能檢測(cè)

試驗(yàn)過程中選用金紅石型鈦白粉作顏料,在室溫條件下進(jìn)行改性環(huán)氧重防腐粉末涂料的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)品腐蝕試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10改性環(huán)氧重防腐粉末涂料的物理化學(xué)性能

注：所有樣板在恒溫恒濕室內(nèi)放置24h以后檢測(cè),耐介質(zhì)浸泡90d

4結(jié)論

改性環(huán)氧重防腐粉末涂料具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐化學(xué)品腐蝕性能,其防腐性能遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前市場(chǎng)上常見的防腐涂料,同時(shí)它還具有快速固化的特點(diǎn),非常適合鋼筋、管道等物體的防腐應(yīng)用。由于其所用大都是常用原材料,生產(chǎn)成本比較低,因此有著巨大的市場(chǎng)發(fā)展前景和應(yīng)用前景。