管道防腐环氧粉末涂料的研制

　1前言
    随着我国石油和化工工业的发展，大量管道工程相继开工，特别是作为西部大开发的龙头“西气东输”工程的启动，将极大地促进管道防腐涂料的发展，同时也对管道防腐涂料提出了更高的要求，许多传统的管道防腐涂料将逐步被淘汰。20世纪90年代，环氧粉末涂料用于管道防腐，表现出优异的附着力、施工性和防腐性，受到业界人士的好评，至今，管道防腐环氧粉末涂料已成为最具市场前景的品种之一。本文将介绍该类粉末涂料的研制情况。

    2涂料配方研究
    2.1配方设计的基本要求
    环氧树脂的结构和性能是决定涂料和涂膜性能的主要因素，选择环氧树脂时应考虑其熔融温度和分解温度，熔融粘度，电性能，树脂稳定性，附着力等。从工业化生产的角度，应考虑环氧树脂的合成工艺、原料来源、价格、毒性等。就管道防腐环氧粉末涂料来说，一般采用室温下为固态的双酚A环氧树脂，如601、604等牌号的环氧树脂可以满足要求。环氧树脂的用量应与固化剂用量结合考虑，一般来说，1摩尔环氧基团可配用1-1.2摩尔活性氢的固化剂。
    固化剂在很大程度上影响涂料和涂膜的性能，因此，必须认真选择。一般要求固化剂在常温下是固体，即粉末状、粒状或者片状；在制造粉末涂料的热熔融混合工序中，应同树脂或其他成分不起化学反应；配制成粉末涂料后，粉末涂料的储存稳定性应良好（在室温下储存半年以上），同树脂及其他成分不起化学反应，也不结块；从节能考虑，配制成粉末涂料后，能促使粉末涂料在低温下迅速固化，形成满意的涂膜，刺激性气味和毒性小；在烘烤成谟过程中，最好不释放出有刺激性气味和毒性的化合物或者气体；固化剂应为无色，不能使涂膜着色，否则影响涂膜外观和使用效果；固化剂生产工艺也应简单，且原料来源丰富，价格便宜。一般采用酚醛树脂、双氰胺、改性双氰胺咪脞等固化体系。
    管道防腐环氧粉末涂料的固化温度一般在200-240,选用的颜填料在此温度下应稳定，以使涂膜在固化过程中不发生变色、性能降低等问题。此外，为达到防腐性能的要求，还要求颜填料具有足够的硬度和耐磨性。总体来说，无机颜填料比有机颜料的耐热性和耐化学性好。钛白、铁红、铁黑、云母氧化铁、炭黑、酞青蓝、酞青绿和群青等颜料，以及沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、沉淀二氧化硅、云母粉等填料，可以满足要求。
    助剂用来调整涂料的特定性能。流平剂用丙烯酸树脂类流平剂，其用量为树脂的0.2%-2%。涂膜边角附着力改进剂可用微细粉状二氧化硅。消光剂可用纳米二氧化硅、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙等。
    2.2涂料的配方确定和配制
    根据上述配方设计要求，采用独特的复合固化剂，经过配方的反复调整和筛选，确定管道防腐环氧涂料的最佳配方如下： 

604环氧树脂	80份
复合固化剂	24.4份
颜填料	40份
助剂	0.6份

    在实验过程中，我们采用传统的混合、挤出、粉碎的配制工艺，制得优化的管道防腐环氧涂料。

    3涂料性能测试
    3.1涂料性能指标
    我们主要按照石油标准SY/T 0315-97《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准》进行涂料和涂层的性能测试，见表1。由表1可见，涂料的各项性能均满足该标准的要求，其中该标准要求180固化时间小与5min,我们达到指标是2.8min,这十分便于管道涂履作业线的快速工作。
                             表1管道防腐环氧粉末涂料性能指标 

检验项目	测试结果	测试方法
外观	粉状，色泽均匀，无结块	目测
粒度(140目筛余物)/%	<0.5	实测
不挥发物含量/%	>99.5	GB/T 6554
胶化时间(180)/s	63	GB/T 6554
固化时间(180)/min	2.8	SY/T 0315
密度/g.cm-3	1.4	GB/T 4472
储存期/月	>12	实测

    3.2涂膜机械性能
    在作业线上，钢质管道外防腐环氧粉末涂料的施工过程大致如下：
    上管台-抛丸除锈-除尘-中频电加热线-静电喷涂粉末涂料-喷水冷却-下管台。
    为在实验室中模拟上述过程，我们采用静电喷涂枪，将粉末涂料喷涂在预热至200的金属片上，固化2.5min后放入冷水降温，制得试片，进行涂膜的机械性能测试（见表2)，均满足石油标准SY/T 0315-97对应指标的要求。
                             表2管道防腐环氧粉末涂膜机械性能 

检测项目	测试结果	测试方法
附着力/级	1	SY/T 0315
铅笔硬度/H	3	GB/T 6739
耐冲击性/cm	>50	GB/T 1732
柔韧性/mm	1	GB/T 1731

    3.3涂膜化学性能
    采用上述施工工艺制得的试棒，进行常规化学稳定性实验，见表3。在石油标准SY/T 0315-97中，要求管道防腐环氧粉末涂膜在表4所示的化学介质中90d的实验周期结束后，取出试件并观察其涂层是否有褪色、隆起、软化、气泡、开裂、剥离、附着力降低等现象，要求耐腐蚀性合格。这个实验条件比我们实际采用的要温和得多，我们的实验周期达一年，因此，可以初步判定研制的管道防腐环氧粉末涂膜的化学稳定性，满足SY/T 0315-97的要求。
                           表3管道防腐环氧粉末涂膜化学稳定性 

检测项目	检测结果
耐热性(100)	120h,涂层无变化
耐寒性(-30)	120h,涂层无变化
耐冷热交替性(-30--100)	10次循环，涂层无变化
耐污水性（室温）	1年，涂层无变化
耐10%HCl性（室温)	1年，涂层无变化
耐10%H2SO4性（室温）	1年，涂层无变化
耐10%NaCl性（室温）	1年，涂层无变化
耐10%NaOH性（室温）	1年，涂层无变化
耐70#汽油性（室温）	1年，涂层无变化
耐盐雾性(1000h)	1级