0前言 重防腐粉末涂料主要側重于對底材的保護功能,其優良特性主要體現在涂層的優良抗化學品性、耐溶劑、優異的物理性能、良好的附著力、較高的玻璃化溫度和良好電絕緣性,施工工藝簡易,不需底漆可一次厚涂,快速固化有利于流水線作業,易于檢測與修補,涂層質量易于控制等等。 近年來,粉末涂料以其安全高效、無污染等特點在重防腐領域特別是在管道重防腐方面得到快速推廣應用,從最初的石油天然氣管道防腐擴大到城市地下污水管網防腐,并進一步擴大到建筑鋼筋、鋼纜的防腐涂裝。盡管我國粉末涂料的產量已經十分巨大,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。 本文主要對改性環氧重防腐粉末涂料配方的設計進行了詳細的試驗,詳細闡述了各種顏料、助劑等諸因素對涂膜性能的影響,并對涂膜物理機械性能和耐化學品腐蝕性能進行了研究。 1試驗部分 1.1原材料 重防腐粉末涂料用原材料：改性環氧樹脂、環氧樹脂、改性交聯劑、催化劑、鈦白粉、潤濕劑、沉淀硫酸鋇、流平劑、安息香、活性硅微粉、蠟粉。 1.2試驗設備 微粉碎機、SLJ-30熔融擠出機、振動篩(150～200目)、靜電噴槍、高溫恒溫烘箱。 1.3涂料及試板制備 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。試驗用配方見表1。 表1試驗配方
將原材料嚴格按照表1配方稱量并且混合均勻,利用SLJ-30擠出機擠出(一區溫度控制在105℃,二區溫度控制在110℃),烤箱溫度為(230±2)℃,烘烤時間為90s,制備試板,檢測所用基材見表2。 表2檢測用基材
注：試板做好后在恒溫恒濕室內放置24h以后檢測。 2結果與討論 在制粉的試驗配方研究中發現,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、烘烤時間等對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,物理機械性能也有較大的差異。 2.1不同樹脂的選擇對涂料的影響 環氧樹脂由于分子結構中大量的苯環、醚鍵、羥基結構,對基材特別是金屬基材具有優異的附著力,耐熱、耐化學腐蝕,形成的涂層具有優異的機械強度,如硬度、耐冷熱沖擊與機械沖擊等性能。目前重防腐粉末涂料所采用的環氧樹脂主要為中分子量的雙酚A型環氧樹脂與酚醛環氧樹脂。 表2檢測用基材
注：試板做好后在恒溫恒濕室內放置24h以后檢測。 2結果與討論 在制粉的試驗配方研究中發現,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、烘烤時間等對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,物理機械性能也有較大的差異。 2.1不同樹脂的選擇對涂料的影響 環氧樹脂由于分子結構中大量的苯環、醚鍵、羥基結構,對基材特別是金屬基材具有優異的附著力,耐熱、耐化學腐蝕,形成的涂層具有優異的機械強度,如硬度、耐冷熱沖擊與機械沖擊等性能。目前重防腐粉末涂料所采用的環氧樹脂主要為中分子量的雙酚A型環氧樹脂與酚醛環氧樹脂。 考慮到涂層防腐與附著力要求,要求軟化點較高,而環氧值不能太低,保證形成的涂層既有較好柔韌性又要有一定的交聯度,以保證涂膜的附著力與表面硬度,但純雙酚A環氧樹脂只有分子結構的兩端有環氧基,為了得到好的韌性與較高軟化點,所以只能選擇環氧值較低的樹脂,但其固化產物交聯密度低,帶來的結果是耐化學性能與耐熱性不夠好,涂層硬度、耐磨性及附著力也不夠好。酚醛環氧樹脂分子結構中可有多個環氧基,固化產物的交聯密度與芳香密度都比較高,涂膜的硬度與耐熱性、耐磨性、耐化學腐蝕性及對基材的附著力都比較好,因此,國外在設計重防腐粉末涂料配方中多選擇酚醛環氧樹脂或改性酚醛環氧樹脂。酚醛環氧樹脂雖有較好的防腐性能,但全部采用酚醛環氧樹脂特別是當酚醛環氧樹脂環氧值較高時,可能導致固化物脆性大,低溫彎曲與沖擊性能較差,兩者各有優缺點。因此,在酚醛環氧樹脂中加入部分雙酚A型環氧樹脂,有助于提高其耐低溫彎曲與沖擊性能,酚醛環氧/雙酚A環氧混合比例在80/20～20/80,見表3。 表3兩種環氧樹脂的不同比例對涂料性能的影響
由表3可以看出酚醛環氧/雙酚A環氧對涂層性能的影響規律是：隨酚醛環氧用量增加,涂膜附著力、硬度、耐化學腐蝕能力增加,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劑體系、顏填料種類與用量及涂膜所要求的最終性能有關。 在兩者比例為70/30時,物化性能達到最佳,由此固定兩種環氧樹脂的應用比例做后續試驗。 2.2催化劑的用量對涂膜物理機械性能的影響 催化劑二甲基咪唑在改性環氧重防腐粉末涂料中直接關系到涂膜的成膜程度,其添加量的不同對涂膜的物理機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配方質量的0.7%～0.8%時,涂膜的物理性能是最好的,由此固定催化劑的用量做后續試驗。 2.3填料的種類及用量對涂膜耐介質性能影響 分別考察了沉淀硫酸鋇、重質碳酸鈣、活性硅微粉,見表5。
不同的填料進行配方設計如表6所示。填料添加量對涂膜耐介質的影響如表7所示。由表5、表6、表7可以看出,適合改性環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試驗。
2.4固化條件對涂膜的影響 涂膜的烘烤時間及烘烤溫度對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填料種類對涂膜耐介質的影響
注：常溫90d,填料量為配方總質量的30%。 表6配方設計 表7填料添加量對涂膜耐介質的影響 表8固化時間對涂膜的影響 (1):固化溫度均為 表9固化溫度對涂膜的影響 (1):固化時間均為90s。 由表8、表9可以看出,改性環氧重防腐粉末涂料的最佳固化條件為230℃·90s。 2.5基材對涂料的影響 在噴涂試驗中發現,改性環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外壁噴涂時所形成的涂膜及流平性能較好,但在鑄件、多孔基材和結構復雜的構件表面噴涂時,邊角處上粉率低,涂膜表面容易出現針孔。在試驗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物理化學性能檢測 試驗過程中選用金紅石型鈦白粉作顏料,在室溫條件下進行改性環氧重防腐粉末涂料的物理機械性能和耐化學品腐蝕試驗,試驗結果見表10。 表10改性環氧重防腐粉末涂料的物理化學性能 注：所有樣板在恒溫恒濕室內放置24h以后檢測,耐介質浸泡90d 4結論 改性環氧重防腐粉末涂料具有優異的機械性能和耐化學品腐蝕性能,其防腐性能遠優于當前市場上常見的防腐涂料,同時它還具有快速固化的特點,非常適合鋼筋、管道等物體的防腐應用。由于其所用大都是常用原材料,生產成本比較低,因此有著巨大的市場發展前景和應用前景。 |
