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作者

1.蘭州理工大學技術工程學院

摘要：粉末涂料具有廣闊的應用前景。為了提高其重腐蝕性能，開發了滿足重腐蝕保護要求的快速固化環氧粉末涂料，討論了基底樹脂的選擇、固化劑型號和劑量對涂層性能的影響；確定了顏料填料、平整劑、固化劑等添加劑的選擇對象，獲得了涂配方，并測試了首選配方涂層的性能。結果表明，涂料綠色、環保、無污染。涂料具有優異的耐化學性、耐溶劑性、優異的機械性能和良好的附著力。施工工藝簡單，無底漆可厚涂。快速固化有利于裝配線運行，應用前景廣闊。

關鍵詞：環氧粉末涂料；重防腐；成分優化；性能評價

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 前言

環氧粉末防腐涂料起源于20世紀60年代，廣泛應用于水、化工和油氣管道的運輸。隨著石油、天然氣、化工等行業的不斷發展，對管道防腐的要求越來越高。一些傳統的溶劑型和高揮發性有機化合物(VOC)防腐涂料含量不再滿足當前的防腐要求，特別是埋地石油天然氣管道在重腐蝕環境下具有較高的安全等級。

重防腐蝕涂料常用的樹脂是環氧樹脂、聚氨酯和氯磺化類樹脂等[1]。重防腐涂料發展的關鍵是高性能合成樹脂。為了在惡劣環境中實現長期目標，主要成膜材料合成樹脂的要求是：低收縮力、高硬度、韌性、耐磨性、耐溫性等附著力好、物理力學性能好；對各種介質（化學氣體、酸、堿、鹽等溶劑）具有良好的耐腐蝕性，能有效地 ** 各種介質對涂層的滲透；在各種條件下施工方便，滿足涂層厚度和涂層結構的設計要求。

環氧樹脂具有優異的附著力和低收縮率、良好的耐腐蝕性和滲透性，可由更多的固化劑固化，具有良好的膜性能，逐漸成為應用最廣泛、最廣泛的重型防腐涂料膜材料。環氧粉末涂料是一種綠色涂料，其固體成分接近100%，不含溶劑，滿足當前環保綠色要求。粉末涂料以其安全高效、無污染等特點，在重防腐領域得到了迅速的推廣和應用。

環境保護部發布的《十三五揮發性有機物污染防治工作計劃》要求七個重點行業的所有企業實施VOC綜合治理給粉末涂料帶來了新的機遇。粉末涂料的應用方向是集裝箱、船舶、鐵路、能源、石化、發電等領域。重型防腐涂料在這些項目中的應用超過300萬噸，發展前景最為可觀。溶劑型涂料仍然是船舶、橋梁、鋼結構等防腐涂料應用領域的主流，水性涂料難以完全取代溶劑型涂料，粉末涂料有望在綠色涂料趨勢下占據更大的市場份額。然而，粉末涂料仍存在一些問題：生產過程中的粉塵和噪聲污染；粉末涂料的高溫固化條件使其在節能方面處于劣勢；很少用于非金屬基材；特大型金屬件（如鋼結構、集裝箱等）或形狀極其復雜的金屬件難以實現粉末涂料；鉛鉻黃等重金屬顏料廣泛應用于粉末涂料行業，可能對人體造成傷害或潛在危險。

本工作開發了環氧粉末快速固化重腐蝕涂料，可用于惡劣腐蝕環境條件下的重腐蝕保護，并表現了其理化性能。

1 試驗

1.1 涂料制備工藝流程

重防腐環氧粉末涂料的制造方法與傳統液體涂料完全不同，必須使用專用設備。圖1為粉末涂料的生產工藝。

環氧粉末防腐蝕涂料的制備具體工藝流程包括預混合階段、熔融擠出階段、粉碎階段及過篩階段。制備過程中，先準確稱量樹脂、固化劑、顏料、添加劑等成分，充分混合均勻。預混合物料通過加料器輸送到熔融擠出混合器，使各成分在一定溫度下熔融混合均勻分散。擠出機擠出后，冷卻壓片破碎，分級篩分，制成產品。

制備涂料的主要技術難點：一是篩選合適的樹脂、顏料填料和固化劑，滿足制備涂料的良好防腐性能；二是涂料要求厚涂層一次噴涂成型。為了防止流掛，涂料的熔融流動性較低，因此流平劑等添加劑的配合使用非常重要。環氧粉末涂料主要由基材樹脂、固化劑、顏料填料和添加劑組成。根據涂料的性能，選擇基材樹脂的類型、固化劑的類型和用量，以及顏料填料和添加劑的類型和用量，并對最佳涂料進行性能表示。

1.2 涂料性能檢測

(1)觀察環氧粉末涂料的外觀，觀察涂料的顏色是否均勻、結塊等。

(2)膠化時間、固化時間、低溫沖擊(-30)℃)、抗彎、耐磨、附著力、耐化學腐蝕SY/T0315－2013測定。

(3)固體分含量(100)℃)%參照GB/T6554測定。

(4)參考體積電阻率GB/T1410測定。

(5)靈活性參考GB/T1731－1993測定。

(6)耐鹽霧性能參考GB/T1771－1991測定。

2 結果與討論

2.1 首選涂料配方

2.1.1 選擇基材樹脂

環氧樹脂包括雙酚A型和脂環族型。雙酚A環氧樹脂具有高極性環氧基和羥基。一旦加入固化劑交聯，形成不溶性、不熔化的三維網絡結構，涂層具有交聯度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蝕性好等特點。因此，在涂料配方設計中，以雙酚A環氧樹脂為主要成膜材料[2]，其結構見圖2。由于分子中苯環和醚鍵穩定，分子結構緊密，耐化學介質性好，基本能長期滿足大多數腐蝕環境的需要。此外，通過各種固化交聯方式可以提高環氧樹脂涂料的耐腐蝕性。

表1是粉末涂料雙酚A環氧樹脂粉末涂料的技術測試指標。表2是不同類型環氧樹脂制成粉末涂料涂料的防腐性能檢測。根據表1中的軟化點和環氧值的范圍，最終確定環氧樹脂3為基質樹脂，其外觀明顯優于普通環氧樹脂（無色透明）。表2顯示：由環氧樹脂3制成的粉末涂料具有最佳的耐腐蝕性和耐化學性。由于涂層為厚涂層型，需要一次噴涂固化成型，因此需要涂層的厚膜防流掛性，這就要求涂層具有較低的熔融流動性。環氧樹脂3具有較高的軟化點和較窄的分子量分布，分子結構相對規則，使樹脂在高溫固化時熔化流動性較低，不易產生流掛現象，垂直板表面相對平整。因此，選用環氧樹脂3作為基質樹脂。

2.1.2 固化劑的選擇

環氧粉末涂料的使用性能不僅取決于其在介質中的化學穩定性和附著力，還取決于其固化獲得的網狀交聯結構。只有獲得致密的交聯結構，才能有效防止涂層在外部介質中膨脹和滲透。因此，選擇合適的固化劑對控制涂層質量具有重要意義。

環氧粉末涂料常用的固化劑有多種[3-4]，如胺、酸酐、咪唑、咪唑啉、環咪、酚羥基、酚醛、聚酯、丙烯酸等。酚羥基樹脂是環氧粉末涂料中常用的重要固化劑，主要用于重防腐和電絕緣。這種固化劑是低分子量的環氧樹脂與雙酚A在堿催化下，經過加成反應得到的酚羥端基的產物，無小分子產生。固化劑無毒，生產使用安全衛生，固化時間短，固化時間快，涂層硬度高、韌性好、耐磨、耐彎曲、耐冷熱沖擊、附著力好。使用這種固化劑具有傳統環氧樹脂雙氰胺固化劑無法比擬的優越性能。其結構含有大量的羥基團，使整個涂層固化后具有優異的附著力；最終形成的涂層具有極好的耐腐蝕性。

表3是選用重防腐環氧粉末涂料專用固化劑的技術指標。表4是由不同類型的酚羥基樹脂固化劑和環氧樹脂（基質樹脂選擇表1中的環氧樹脂3）制成的環氧粉末的涂層性能指標。經試驗論證，最終選固化劑2與環氧樹脂作為涂層的主要成膜材料。表5是不同固化劑劑量對涂層性能的影響（基質樹脂選擇表1中的環氧樹脂3）。

從表5可以看出，不同的固化劑用量對涂層性能有很大的影響。固化劑用量過少，樹脂固化不完全（甚至不固化），涂層交聯密度低[4]，會影響涂層的外觀和力學性能，降低涂層強度；當固化劑用量過多時，樹脂與固化劑反應加快，交聯程度過大，影響沖擊性能和耐腐蝕性。性能優異的涂層只能采用適當的比例。從表5可以看出，當固化劑和樹脂的質量比為1時∶5.涂層性能最好，性能最好。

2.1.3 顏填料及助劑的選擇

(1)顏料的選擇 由于粉末涂料加熱固化成膜的特殊性，只適用于粉末涂料。鈦白鈦白、炭黑、酞菁綠、鐵紅、鉻黃等顏料作為重防腐環氧粉末涂料。其中鈦白覆蓋力好，價格適中；炭黑和酞菁綠具有良好的耐高溫性[5]和2000℃固化時不會失光變色；鐵紅具有遮蓋力強、牢度高的特點。還可以添加一些防銹顏料，如鋅鉻黃、三聚磷酸鋁等。

(2)填料的選擇 填料的作用是提高涂膜的硬度、剛性、耐劃傷性、抗沖擊等物理性能，同時可以改進粉末涂料的松散性和提高涂層的玻璃化溫度等性能。填料量過高，涂層脆弱，抗沖擊性差；填料量過低，會影響涂層的剛度、耐劃傷性等物理力學性能[6]。經過多次試驗，最終選用性價比高的沉淀硫酸鋇和硅微粉作為重防腐環氧粉末涂料的填料成分。表6是不同填料用量對涂層物理性的影響。

從表6看出，Ⅳ最好的配方是選擇一定比例的硫酸鋇、硅微粉和氣相二氧化硅沉淀，使涂層具有良好的綜合性能。

(3)添加劑的選擇 由于粉末涂料狀態的特殊性，如環氧樹脂和固化劑是容易粉碎和分散的固體粉末或片狀物；粉末涂料的固化反應溫度較高，大部分品種為180℃左右，所以粉末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、固化促進劑、光亮劑、脫氣劑、防結塊劑、消光劑等。其中，流平劑和固化促進劑最為重要。

流平劑[6]可有效提高涂膜的光澤和平整性，在沒有添加流平劑的粉末涂料中，涂層存在嚴重的“麻坑”和內部孔隙等現象以及光澤度差等特點。固化促進劑能有效降低樹脂與固化劑發生交聯反應的活化能，提高涂層固化的反應速度，大大提高了生產效率。試驗證明，不添加固化促進劑，樹脂和固化劑固化反應交聯不完全，制備的涂膜脆性很高，附著力很差。

該環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性，容易導致涂層的表面不平整。粉末涂料的流平性受流平助劑、成膜樹脂的結構和固化機理等制約。選用了合適的樹脂及固化劑，具有較高的軟化點和較窄的分子量分布，分子結構較為規整。最終使環氧樹脂與固化劑在高溫固化時具有較低的熔融流動性，不易產生流掛現象，且板面較為平整。通過改變助劑的使用量，可降低涂料水平流動性，能夠起到防流掛的作用。表7是不同固化促進劑用量對固化時間的影響[7]。表8是相關助劑種類、用量及用途。因該環氧粉末涂料較多用在酸堿鹽重腐蝕環境下防腐蝕，故在顏填料及助劑的選擇方面應首先考慮其化學穩定性，良好的耐酸、耐堿、耐溫顏填料及助劑是首選。

2.2 重防腐蝕環氧粉末涂料基礎配方及涂層性能

通過涂料組成材料的選擇、優化和關鍵性能指標評價，最后得到重防腐蝕環氧粉末的基礎配方見表9，所得涂層性能見表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磨蝕性，可為環氧粉末涂料的研究提供參考。

3?結論

研制了一種用于酸堿鹽重腐蝕環境下防腐蝕保護要求的環氧粉末涂料，該涂料綠色環保無污染，通過樹脂和固化劑的共聚交聯反應，選擇合適的顏填料及助劑等，增加了體系的交聯密度，提高了涂膜耐介質滲透能力，耐堿性等性能提高。且施工工藝簡單，不需要底漆可一次厚涂，快速固化有利于流水線作業，易于檢測與修補，涂層質量易于控制，具有較廣的應用領域。

［參考文獻］

［1］南仁植．粉末涂料與涂裝技術［M］．北京:化學工業出版社，2000:56－75．

［2］張劍飛，李博文，陳玉濱．新型管道重防腐環氧粉末涂料的研制與應用［J］．現代涂料與涂裝，2013，16(2):22－24．

［3］韓俊華，呂建，徐曉偉，等．不同固化體系對環氧粉末涂料性能的影響［J］．熱固性樹脂，2011，26(1):44－48．

［4］賴廣森．管道防腐用環氧粉末涂料及其新進展［J］．涂料工業，1999(4):27－30．

［5］王玲瓏，肖紅軍．無機顏料對聚酯/環氧粉末涂層理化性能的影響研究［J］．中國涂料，2011，26(4):41－45．

［6］南仁植，金順玉，薛偉，等．顏填料對聚酯環氧粉末涂料的影響［J］．涂料工業，2003，33(10):28－31．

［7］高新田，潘锎，金順玉．促進劑對聚酯環氧粉末涂料性能的影響［J］．現代涂料與涂裝，2010，13(2):10－13．

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