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創(chuàng)作者
文/秦瑞1,肖蕊麗2
1.蘭州理工大學(xué)技術(shù)性工程學(xué)校;2.甘肅省環(huán)通工程項(xiàng)目檢測(cè)有限公司
引言:粉末狀涂料應(yīng)用前景寬闊,為提升其重耐腐蝕性能,研發(fā)了一種達(dá)到重耐腐蝕維護(hù)需要的迅速干固環(huán)氧粉末涂料,探討了原料環(huán)氧樹(shù)脂的挑選、固化劑型號(hào)規(guī)格及使用量對(duì)涂層性能的危害;確定了顏填料、防沉劑和干固硫化促進(jìn)劑等改性劑的采用目標(biāo),得到了該涂料的甄選秘方,并對(duì)甄選秘方涂料的性能進(jìn)行了檢測(cè)。數(shù)據(jù)顯示:涂料低碳環(huán)保零污染,鍍層具備優(yōu)異的抗化學(xué)藥品性、耐水洗、出色的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及較好的粘合力,施工技術(shù)簡(jiǎn)易,不用面漆可一次板繪,迅速干固有益于流水線(xiàn)生產(chǎn),具有比較廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵字:環(huán)氧粉末涂料;重耐腐蝕;成份甄選;性能點(diǎn)評(píng)
Preparationof a Kind of Heavy Anticorrosive Epoxy Powder Coating
QIN Rui1,XIAO Rui -li2
( 1. College of Technology and Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China; 2. Gansu Huantong Engineering Testing Co.,Ltd.,Lanzhou 730050,China)
Abstract:A kind of epoxy powder coating for heavyanti-corrosion protection was developed. The influence of the base resins and the type and amountof curing agents on the perfor ** nce of the coating was discussed. The dosage of pigments,fillers,leveling agents,curing accelerators and other additives were determined. Finally,the perfor ** nce test results of the coating were given. Results showed that the coating wasgreen,environment-friendly and pollution-free,and had the excellent chemical resistance,solvent resistance,excellent physical and mechanical properties,good adhesion and other properties of the coating. The construction process was ** ,and the primer was not required to be coated at the sametime,as well as the rapid curing was beneficialto assembly line operation.Therefore,the prepared coating had a widerapplication of anti -corrosion field.
Key words:epoxy powder coating; heavy corrosion protection; component optimization; perfor ** nce evaluation
0 序言
環(huán)氧粉末耐腐蝕涂料最開(kāi)始源于國(guó)外20世際60時(shí)代,在輸運(yùn)水、化工廠及油氣管道層面得到運(yùn)用。在我國(guó)近十幾年才開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)性,伴隨著原油、天燃?xì)夂突S等行業(yè)的不斷進(jìn)步,對(duì)管路耐腐蝕的需求越來(lái)越高,一些傳統(tǒng)化的溶液型、高揮發(fā)物有機(jī)物(VOC)成分的耐腐蝕涂料不再滿(mǎn)足目前的耐腐蝕規(guī)定,特別是重腐蝕性自然環(huán)境下安全級(jí)別較高的直埋原油天燃?xì)夤艿馈?/p>
重耐腐蝕涂料常見(jiàn)的環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯材料和氯磺化類(lèi)環(huán)氧樹(shù)脂等[1]。重耐腐蝕涂料發(fā)展趨勢(shì)的關(guān)鍵是高性能的樹(shù)脂材料,為做到嚴(yán)苛自然環(huán)境下高效的原則,對(duì)關(guān)鍵涂膜化學(xué)物質(zhì)樹(shù)脂材料的要求是:具備較好的附著性和不錯(cuò)的物理力學(xué)性能如低收攏力、高韌性、不錯(cuò)延展性、耐磨性能、耐熱性等;對(duì)各種物質(zhì)(化工氣體、酸、堿、鹽和別的有機(jī)溶劑)有良好的耐腐蝕性,能合理地 ** 各種各樣物質(zhì)對(duì)鍍層的滲入;能在各種各樣情況下開(kāi)展便捷的工程施工并做到對(duì)涂層厚度和鍍層構(gòu)造的設(shè)計(jì)要求。
環(huán)氧樹(shù)脂具備優(yōu)異的附著性和低縮水率、優(yōu)良的耐腐蝕性和抗透水性等性能,可被較多固化劑干固,具備較好的涂膜性能,逐漸成為了現(xiàn)階段運(yùn)用總數(shù)較多、范疇較廣的重耐腐蝕涂料涂膜化學(xué)物質(zhì)。而環(huán)氧粉末涂料是一種貼近100%固態(tài)成分的“翠綠色涂料”,沒(méi)有有機(jī)溶劑,達(dá)到現(xiàn)階段環(huán)保綠色的規(guī)定。粉末狀涂料因其安全高效、綠色環(huán)保等特性在重耐腐蝕行業(yè)得到了迅速應(yīng)用推廣。
國(guó)家環(huán)保部公布的《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》中規(guī)定七大重點(diǎn)行業(yè)全部企業(yè)均應(yīng)執(zhí)行VOC環(huán)境整治,給粉末狀涂料帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)。粉末狀涂料運(yùn)用方位為海運(yùn)集裝箱、船只、鐵路線(xiàn)、電力能源、石油化工、發(fā)電量等行業(yè),重耐腐蝕涂料在這種項(xiàng)目中運(yùn)用量已超出300萬(wàn)噸級(jí),發(fā)展前途更為豐厚。在船只、公路橋梁、鋼結(jié)構(gòu)等一些重耐腐蝕涂料主要用途,溶液型涂料仍是流行,水溶性涂料無(wú)法徹底取代溶液型涂料,粉末狀涂料有希望在翠綠色噴涂發(fā)展趨勢(shì)下占據(jù)較大的市場(chǎng)占有率。但粉末狀涂料現(xiàn)階段仍存在一些問(wèn)題:生產(chǎn)過(guò)程中的煙塵和噪聲污染;粉末狀涂料的持續(xù)高溫干固標(biāo)準(zhǔn)使之在環(huán)保節(jié)能上處于劣勢(shì);在非金屬材料的墻面或者材料上運(yùn)用偏少;超大型金屬產(chǎn)品(如鋼架結(jié)構(gòu)、海運(yùn)集裝箱等)或樣子極其繁雜的金屬產(chǎn)品難以達(dá)到粉末涂裝;粉末狀涂料領(lǐng)域大量的應(yīng)用鉛氧化鐵黃等重金屬超標(biāo)色漿,對(duì)身體很有可能造成傷害或潛在危險(xiǎn)。
本工作中研發(fā)了環(huán)氧粉末類(lèi)迅速干固重耐腐蝕涂料,能用以較極端浸蝕環(huán)境條件下的重腐蝕防護(hù),并對(duì)其物理化學(xué)性能進(jìn)行了表現(xiàn)。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 涂料制取生產(chǎn)流程
重耐腐蝕環(huán)氧粉末涂料的生產(chǎn)制造方式與傳統(tǒng)式液態(tài)涂料的制取完全不同,務(wù)必應(yīng)用專(zhuān)業(yè)設(shè)備。圖1為粉末狀涂料生產(chǎn)流程。
環(huán)氧粉末耐腐蝕涂料的制取實(shí)際生產(chǎn)流程包含預(yù)混和環(huán)節(jié)、熔化擠壓環(huán)節(jié)、破碎環(huán)節(jié)及篩粉環(huán)節(jié)。制取過(guò)程中,先精確稱(chēng)重秘方中的環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、顏填料和改性劑等成份,充足混和勻稱(chēng)。經(jīng)預(yù)混和的原材料,通過(guò)加加料器傳至熔化擠壓混料機(jī),使各成份在一定環(huán)境溫度標(biāo)準(zhǔn)下熔化混煉膠并勻稱(chēng)分散化。擠塑機(jī)擠壓后制冷壓片糖果粉碎,分級(jí)篩分,做成商品。
制取該涂料的具體技術(shù)難點(diǎn):一是挑選合適的環(huán)氧樹(shù)脂、顏填料及固化劑等,達(dá)到所制取涂料給予較好的耐腐蝕性能;二是該涂料規(guī)定厚鍍層一次噴漆成形,為避免出現(xiàn)流掛的現(xiàn)象,規(guī)定涂料具備較低的熔化流通性,促使防沉劑等各種各樣改性劑的搭配應(yīng)用非常重要。環(huán)氧粉末涂料關(guān)鍵由原料環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、顏填料及助劑構(gòu)成,依據(jù)所制作的涂料鍍層的性能,甄選了原料環(huán)氧樹(shù)脂種類(lèi)、固化劑種類(lèi)和使用量,及其顏填料和改性劑的類(lèi)型及使用量,并對(duì)最佳鍍層進(jìn)行了性能表現(xiàn)。
1.2 涂料性能檢驗(yàn)
(1)外型估測(cè)環(huán)氧粉末涂料,觀查涂料的顏色是不是勻稱(chēng)、是不是結(jié)團(tuán)等。
(2)膠化時(shí)長(zhǎng)、固化時(shí)間、超低溫破壞性(-30℃)、抗變形性、耐磨性能、粘合力、耐溶劑腐蝕參考SY/T0315-2013測(cè)量。
(3)固態(tài)分成分(100℃)%參考GB/T6554測(cè)量。
(4)表面電阻率參考GB/T1410測(cè)量。
(5)柔韌度參考GB/T1731-1993測(cè)量。
(6)耐鹽霧性能參考GB/T1771-1991測(cè)量。
2 結(jié)論與探討
2.1 涂料秘方甄選
2.1.1 原料環(huán)氧樹(shù)脂的挑選
環(huán)氧樹(shù)脂包含雙酚A型和脂環(huán)族等種類(lèi)。雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂具備高正負(fù)極的環(huán)氧基和甲基,一旦添加固化劑化學(xué)交聯(lián),產(chǎn)生不溶、不熔的三維網(wǎng)狀,產(chǎn)生的涂層具備交聯(lián)度高、強(qiáng)度高、耐磨性能好、耐腐蝕效果非常的好等特性。因而在涂料配方設(shè)計(jì)中,較多采用雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂為首要涂膜化學(xué)物質(zhì)[2],其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。鑒于分子結(jié)構(gòu)中帶有平穩(wěn)的苯環(huán)和醛基,分子式較密切,因而耐溶劑物質(zhì)性不錯(cuò),基本上能長(zhǎng)期性達(dá)到大多數(shù)浸蝕自然環(huán)境的必須。此外環(huán)氧樹(shù)脂涂料的抗腐蝕性能可以通過(guò)各種各樣干固化學(xué)交聯(lián)方法實(shí)現(xiàn)改善。
表1是粉末狀涂料用不一樣型號(hào)規(guī)格雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的技術(shù)性測(cè)試指標(biāo)。表2是不一樣型號(hào)規(guī)格環(huán)氧樹(shù)脂做成粉末狀涂料鍍層的耐腐蝕性能檢驗(yàn)狀況。依據(jù)表1中軟化點(diǎn)、環(huán)氧樹(shù)脂值的范疇等,最后明確環(huán)氧樹(shù)脂3為原料環(huán)氧樹(shù)脂,其外型顯著比一般環(huán)氧樹(shù)脂好(無(wú)色透明)。表2現(xiàn)實(shí):環(huán)氧樹(shù)脂3做成的粉末狀涂料鍍層的耐腐蝕耐溶劑性能最佳。因該涂料為板繪型,規(guī)定一次噴漆干固成形,以至于對(duì)漆膜的厚膜防出現(xiàn)流掛的現(xiàn)象性提出要求,這就規(guī)定涂料具備較低的熔化流通性。環(huán)氧樹(shù)脂3具備較高的軟化點(diǎn)和較窄的分子量分布,分子式比較整齊,這就促使該樹(shù)酯在持續(xù)高溫干固時(shí)具備較低的熔化流通性,不容易造成出現(xiàn)流掛的現(xiàn)象狀況,垂立表面比較整齊。故選擇環(huán)氧樹(shù)脂3做為原料環(huán)氧樹(shù)脂。
2.1.2 固化劑的挑選
環(huán)氧粉末涂料的應(yīng)用性能不但在于它在物質(zhì)中的有機(jī)化學(xué)可靠性及其粘合力,還在于其干固所獲取的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)化學(xué)交聯(lián)構(gòu)造。僅有得到高密度的化學(xué)交聯(lián)構(gòu)造,才可以合理避免涂料在外界物質(zhì)中增溶及滲入。因此,采用合適的固化劑對(duì)操縱涂層品質(zhì)具備重要意義。
環(huán)氧粉末涂料常見(jiàn)固化劑種類(lèi)許多[3-4],如丙烯胺、酸酐類(lèi)、咪唑類(lèi)、咪唑啉、環(huán)咪、酚羥基環(huán)氧樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂和丙烯酸乳液等。在其中,酚羥基環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧粉末涂料常見(jiàn)關(guān)鍵固化劑,關(guān)鍵應(yīng)用于重耐腐蝕和絕緣行業(yè)。這類(lèi)固化劑是低相對(duì)分子質(zhì)量的環(huán)氧樹(shù)脂與雙酚A在堿催化劑下,通過(guò)加成反應(yīng)獲得的酚羥端基的物質(zhì),無(wú)小分子水造成。該固化劑無(wú)毒性,生產(chǎn)制造和應(yīng)用健康安全;干固后涂料膠化時(shí)間較短,固化時(shí)間快,所生成的涂層強(qiáng)度高、韌性好、耐磨損、耐彎折、耐冷熱沖擊性能好、粘合力好。應(yīng)用該類(lèi)固化劑具備基本環(huán)氧樹(shù)脂用雙氰胺類(lèi)固化劑所無(wú)法比較的優(yōu)異性能。其結(jié)構(gòu)中富含很多甲基官能團(tuán),促使總體涂層在凝固后具備良好的附著性;促使最終產(chǎn)生的涂層具備極為優(yōu)良的耐腐蝕性能。

表3是所采用重耐腐蝕環(huán)氧粉末涂料專(zhuān)用型固化劑性能指標(biāo)。表4是不一樣型號(hào)規(guī)格酚羥基環(huán)氧樹(shù)脂固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂(原料環(huán)氧樹(shù)脂挑選表1中環(huán)氧樹(shù)脂3)做成環(huán)氧粉末的鍍層性能指標(biāo)值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)論述,最終選擇固化劑2配搭環(huán)氧樹(shù)脂做為鍍層的關(guān)鍵涂膜化學(xué)物質(zhì)。表5是采用不一樣固化劑使用量對(duì)涂料性能的危害(原料環(huán)氧樹(shù)脂挑選表1中環(huán)氧樹(shù)脂3)。
從表5可以看出:不一樣的固化劑使用量對(duì)鍍層性能危害比較大。固化劑使用量偏少,樹(shù)脂固化不完全(乃至不干固),鍍層交聯(lián)密度較低[4],會(huì)直接影響鍍層的外形和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能,使鍍層抗壓強(qiáng)度減少;固化劑使用量太多,環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑反映加快,化學(xué)交聯(lián)水平太大導(dǎo)致鍍層發(fā)脆,危害沖擊性性能和抗腐蝕性能。僅有選用合理的百分比才可以獲得性能出色的白。由表5可以看出,當(dāng)固化劑和環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為1∶5時(shí),鍍層的各類(lèi)性能最佳,性能最好。
2.1.3 顏填料及改性劑的挑選
(1)顏色的挑選 由于粉末狀涂料加溫干固涂膜的獨(dú)特性,僅有一部分色漿適用粉末狀涂料。挑選出鈦白、碳黑、酞菁綠、紅丹、氧化鐵黃等做為重耐腐蝕環(huán)氧粉末涂料用色漿。在其中,鈦白油漆附著力好,且價(jià)位適度;碳黑、酞菁綠具備非常好的耐熱性能[5],200℃干固時(shí),不容易發(fā)生失光、掉色;紅丹則具備油漆附著力強(qiáng)、色牢度高的特性。與此同時(shí)還可加上一部分防銹顏料,如鋅氧化鐵黃、三聚磷酸鋁等也可以具有不錯(cuò)的耐腐蝕實(shí)際效果。
(2)填料的挑選 填料的作用是提升聚氨酯涂料的強(qiáng)度、剛度、耐刮傷性、耐沖擊等物理學(xué)性能,與此同時(shí)能夠改善粉末狀涂料的松弛性和提升涂膜的熱膨脹系數(shù)等性能。填料量過(guò)高,鍍層發(fā)脆,抗沖擊性能不太好;填料量過(guò)低,又會(huì)影響到涂層的剛度、耐刮傷性等物理力學(xué)性能[6]。通過(guò)數(shù)次試驗(yàn),最終選定了性?xún)r(jià)比高較高的沉淀硫酸鋇、硅微粉等做為重耐腐蝕環(huán)氧粉末涂料的填料成分。表6是不一樣填料使用量對(duì)鍍層物理性的危害。
從表6看得出,Ⅳ號(hào)秘方最好,挑選一定的沉淀硫酸鋇、硅微粉及氣相二氧化硅占比可讓涂層具備良好的綜合性性能。
(3)改性劑的挑選 因粉末狀涂料情況的獨(dú)特性,如規(guī)定環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑是非常容易破碎和分散化的固態(tài)粉末狀或塊狀物;粉末狀涂料的凝固反映環(huán)境溫度較高,大部分種類(lèi)都是在180℃上下,因此粉末狀涂料組成成分受到耐高溫等某些限制,一般在溶劑型和水性涂料中常用的助劑,不能用在粉末涂料中,能用于粉末涂料中的品種就比較少。助劑包括流平劑、固化促進(jìn)劑、光亮劑、脫氣劑、防結(jié)塊劑、消光劑等。其中,流平劑和固化促進(jìn)劑最為重要。
流平劑[6]可有效提高涂膜的光澤和平整性,在沒(méi)有添加流平劑的粉末涂料中,涂層存在嚴(yán)重的“麻坑”和內(nèi)部孔隙等現(xiàn)象以及光澤度差等特點(diǎn)。固化促進(jìn)劑能有效降低樹(shù)脂與固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的活化能,提高涂層固化的反應(yīng)速度,大大提高了生產(chǎn)效率。試驗(yàn)證明,不添加固化促進(jìn)劑,樹(shù)脂和固化劑固化反應(yīng)交聯(lián)不完全,制備的涂膜脆性很高,附著力很差。
該環(huán)氧粉末涂料要求厚涂層一次噴涂成型,為防止流掛,要求涂料具有較低的熔融流動(dòng)性,容易導(dǎo)致涂層的表面不平整。粉末涂料的流平性受流平助劑、成膜樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和固化機(jī)理等制約。選用了合適的樹(shù)脂及固化劑,具有較高的軟化點(diǎn)和較窄的分子量分布,分子結(jié)構(gòu)較為規(guī)整。最終使環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑在高溫固化時(shí)具有較低的熔融流動(dòng)性,不易產(chǎn)生流掛現(xiàn)象,且板面較為平整。通過(guò)改變助劑的使用量,可降低涂料水平流動(dòng)性,能夠起到防流掛的作用。表7是不同固化促進(jìn)劑用量對(duì)固化時(shí)間的影響[7]。表8是相關(guān)助劑種類(lèi)、用量及用途。因該環(huán)氧粉末涂料較多用在酸堿鹽重腐蝕環(huán)境下防腐蝕,故在顏填料及助劑的選擇方面應(yīng)首先考慮其化學(xué)穩(wěn)定性,良好的耐酸、耐堿、耐溫顏填料及助劑是首選。
2.2 重防腐蝕環(huán)氧粉末涂料基礎(chǔ)配方及涂層性能
通過(guò)涂料組成材料的選擇、優(yōu)化和關(guān)鍵性能指標(biāo)評(píng)價(jià),最后得到重防腐蝕環(huán)氧粉末的基礎(chǔ)配方見(jiàn)表9,所得涂層性能見(jiàn)表10。由表10可以看出:該涂料具有較好的綜合性能及良好的抗化學(xué)磨蝕性,可為環(huán)氧粉末涂料的研究提供參考。
3?結(jié)論
研制了一種用于酸堿鹽重腐蝕環(huán)境下防腐蝕保護(hù)要求的環(huán)氧粉末涂料,該涂料綠色環(huán)保無(wú)污染,通過(guò)樹(shù)脂和固化劑的共聚交聯(lián)反應(yīng),選擇合適的顏填料及助劑等,增加了體系的交聯(lián)密度,提高了涂膜耐介質(zhì)滲透能力,耐堿性等性能提高。且施工工藝簡(jiǎn)單,不需要底漆可一次厚涂,快速固化有利于流水線(xiàn)作業(yè),易于檢測(cè)與修補(bǔ),涂層質(zhì)量易于控制,具有較廣的應(yīng)用領(lǐng)域。
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