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创作者
文/秦瑞1,肖蕊丽2
1.兰州理工大学技术性工程学校;2.甘肃省环通工程项目检测有限公司
引言:粉末状涂料应用前景宽阔,为提升其重耐腐蚀性能,研发了一种达到重耐腐蚀维护需要的迅速干固环氧粉末涂料,探讨了原料环氧树脂的挑选、固化剂型号规格及使用量对涂层性能的危害;确定了颜填料、防沉剂和干固硫化促进剂等改性剂的采用目标,得到了该涂料的甄选秘方,并对甄选秘方涂料的性能进行了检测。数据显示:涂料低碳环保零污染,镀层具备优异的抗化学药品性、耐水洗、出色的结构力学性能及较好的粘合力,施工技术简易,不用面漆可一次板绘,迅速干固有益于流水线生产,具有比较广泛的应用前景。
关键字:环氧粉末涂料;重耐腐蚀;成份甄选;性能点评
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
环氧粉末耐腐蚀涂料最开始源于国外20世际60时代,在输运水、化工厂及油气管道层面得到运用。在我国近十几年才开发设计和运用这项技术性,伴随着原油、天燃气和化工厂等行业的不断进步,对管路耐腐蚀的需求越来越高,一些传统化的溶液型、高挥发物有机物(VOC)成分的耐腐蚀涂料不再满足目前的耐腐蚀规定,特别是重腐蚀性自然环境下安全级别较高的直埋原油天燃气管道。
重耐腐蚀涂料常见的环氧树脂是环氧树脂、聚氨酯材料和氯磺化类环氧树脂等[1]。重耐腐蚀涂料发展趋势的关键是高性能的树脂材料,为做到严苛自然环境下高效的原则,对关键涂膜化学物质树脂材料的要求是:具备较好的附着性和不错的物理力学性能如低收拢力、高韧性、不错延展性、耐磨性能、耐热性等;对各种物质(化工气体、酸、碱、盐和别的有机溶剂)有良好的耐腐蚀性,能合理地 ** 各种各样物质对镀层的渗入;能在各种各样情况下开展便捷的工程施工并做到对涂层厚度和镀层构造的设计要求。
环氧树脂具备优异的附着性和低缩水率、优良的耐腐蚀性和抗透水性等性能,可被较多固化剂干固,具备较好的涂膜性能,逐渐成为了现阶段运用总数较多、范畴较广的重耐腐蚀涂料涂膜化学物质。而环氧粉末涂料是一种贴近100%固态成分的“翠绿色涂料”,没有有机溶剂,达到现阶段环保绿色的规定。粉末状涂料因其安全高效、绿色环保等特性在重耐腐蚀行业得到了迅速应用推广。
国家环保部公布的《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》中规定七大重点行业全部企业均应执行VOC环境整治,给粉末状涂料带来了新的机会。粉末状涂料运用方位为海运集装箱、船只、铁路线、电力能源、石油化工、发电量等行业,重耐腐蚀涂料在这种项目中运用量已超出300万吨级,发展前途更为丰厚。在船只、公路桥梁、钢结构等一些重耐腐蚀涂料主要用途,溶液型涂料仍是流行,水溶性涂料无法彻底取代溶液型涂料,粉末状涂料有希望在翠绿色喷涂发展趋势下占据较大的市场占有率。但粉末状涂料现阶段仍存在一些问题:生产过程中的烟尘和噪声污染;粉末状涂料的持续高温干固标准使之在环保节能上处于劣势;在非金属材料的墙面或者材料上运用偏少;超大型金属产品(如钢架结构、海运集装箱等)或样子极其繁杂的金属产品难以达到粉末涂装;粉末状涂料领域大量的应用铅氧化铁黄等重金属超标色浆,对身体很有可能造成伤害或潜在危险。
本工作中研发了环氧粉末类迅速干固重耐腐蚀涂料,能用以较极端浸蚀环境条件下的重腐蚀防护,并对其物理化学性能进行了表现。
1 实验
1.1 涂料制取生产流程
重耐腐蚀环氧粉末涂料的生产制造方式与传统式液态涂料的制取完全不同,务必应用专业设备。图1为粉末状涂料生产流程。
环氧粉末耐腐蚀涂料的制取实际生产流程包含预混和环节、熔化挤压环节、破碎环节及筛粉环节。制取过程中,先精确称重秘方中的环氧树脂、固化剂、颜填料和改性剂等成份,充足混和匀称。经预混和的原材料,通过加加料器传至熔化挤压混料机,使各成份在一定环境温度标准下熔化混炼胶并匀称分散化。挤塑机挤压后制冷压片糖果粉碎,分级筛分,做成商品。
制取该涂料的具体技术难点:一是挑选合适的环氧树脂、颜填料及固化剂等,达到所制取涂料给予较好的耐腐蚀性能;二是该涂料规定厚镀层一次喷漆成形,为避免出现流挂的现象,规定涂料具备较低的熔化流通性,促使防沉剂等各种各样改性剂的搭配应用非常重要。环氧粉末涂料关键由原料环氧树脂、固化剂、颜填料及助剂构成,依据所制作的涂料镀层的性能,甄选了原料环氧树脂种类、固化剂种类和使用量,及其颜填料和改性剂的类型及使用量,并对最佳镀层进行了性能表现。
1.2 涂料性能检验
(1)外型估测环氧粉末涂料,观查涂料的颜色是不是匀称、是不是结团等。
(2)胶化时长、固化时间、超低温破坏性(-30℃)、抗变形性、耐磨性能、粘合力、耐溶剂腐蚀参考SY/T0315-2013测量。
(3)固态分成分(100℃)%参考GB/T6554测量。
(4)表面电阻率参考GB/T1410测量。
(5)柔韧度参考GB/T1731-1993测量。
(6)耐盐雾性能参考GB/T1771-1991测量。
2 结论与探讨
2.1 涂料秘方甄选
2.1.1 原料环氧树脂的挑选
环氧树脂包含双酚A型和脂环族等种类。双酚A型环氧树脂具备高正负极的环氧基和甲基,一旦添加固化剂化学交联,产生不溶、不熔的三维网状,产生的涂层具备交联度高、强度高、耐磨性能好、耐腐蚀效果非常的好等特性。因而在涂料配方设计中,较多采用双酚A型环氧树脂为首要涂膜化学物质[2],其结构见图2。鉴于分子结构中带有平稳的苯环和醛基,分子式较密切,因而耐溶剂物质性不错,基本上能长期性达到大多数浸蚀自然环境的必须。此外环氧树脂涂料的抗腐蚀性能可以通过各种各样干固化学交联方法实现改善。
表1是粉末状涂料用不一样型号规格双酚A型环氧树脂的技术性测试指标。表2是不一样型号规格环氧树脂做成粉末状涂料镀层的耐腐蚀性能检验状况。依据表1中软化点、环氧树脂值的范畴等,最后明确环氧树脂3为原料环氧树脂,其外型显著比一般环氧树脂好(无色透明)。表2现实:环氧树脂3做成的粉末状涂料镀层的耐腐蚀耐溶剂性能最佳。因该涂料为板绘型,规定一次喷漆干固成形,以至于对漆膜的厚膜防出现流挂的现象性提出要求,这就规定涂料具备较低的熔化流通性。环氧树脂3具备较高的软化点和较窄的分子量分布,分子式比较整齐,这就促使该树酯在持续高温干固时具备较低的熔化流通性,不容易造成出现流挂的现象状况,垂立表面比较整齐。故选择环氧树脂3做为原料环氧树脂。
2.1.2 固化剂的挑选
环氧粉末涂料的应用性能不但在于它在物质中的有机化学可靠性及其粘合力,还在于其干固所获取的网状结构化学交联构造。仅有得到高密度的化学交联构造,才可以合理避免涂料在外界物质中增溶及渗入。因此,采用合适的固化剂对操纵涂层品质具备重要意义。
环氧粉末涂料常见固化剂种类许多[3-4],如丙烯胺、酸酐类、咪唑类、咪唑啉、环咪、酚羟基环氧树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸乳液等。在其中,酚羟基环氧树脂是环氧粉末涂料常见关键固化剂,关键应用于重耐腐蚀和绝缘行业。这类固化剂是低相对分子质量的环氧树脂与双酚A在碱催化剂下,通过加成反应获得的酚羟端基的物质,无小分子水造成。该固化剂无毒性,生产制造和应用健康安全;干固后涂料胶化时间较短,固化时间快,所生成的涂层强度高、韧性好、耐磨损、耐弯折、耐冷热冲击性能好、粘合力好。应用该类固化剂具备基本环氧树脂用双氰胺类固化剂所无法比较的优异性能。其结构中富含很多甲基官能团,促使总体涂层在凝固后具备良好的附着性;促使最终产生的涂层具备极为优良的耐腐蚀性能。
表3是所采用重耐腐蚀环氧粉末涂料专用型固化剂性能指标。表4是不一样型号规格酚羟基环氧树脂固化剂与环氧树脂(原料环氧树脂挑选表1中环氧树脂3)做成环氧粉末的镀层性能指标值。通过实验论述,最终选择固化剂2配搭环氧树脂做为镀层的关键涂膜化学物质。表5是采用不一样固化剂使用量对涂料性能的危害(原料环氧树脂挑选表1中环氧树脂3)。
从表5可以看出:不一样的固化剂使用量对镀层性能危害比较大。固化剂使用量偏少,树脂固化不完全(乃至不干固),镀层交联密度较低[4],会直接影响镀层的外形和结构力学性能,使镀层抗压强度减少;固化剂使用量太多,环氧树脂与固化剂反映加快,化学交联水平太大导致镀层发脆,危害冲击性性能和抗腐蚀性能。仅有选用合理的百分比才可以获得性能出色的白。由表5可以看出,当固化剂和环氧树脂的质量比为1∶5时,镀层的各类性能最佳,性能最好。
2.1.3 颜填料及改性剂的挑选
(1)颜色的挑选 由于粉末状涂料加温干固涂膜的独特性,仅有一部分色浆适用粉末状涂料。挑选出钛白、碳黑、酞菁绿、红丹、氧化铁黄等做为重耐腐蚀环氧粉末涂料用色浆。在其中,钛白油漆附着力好,且价位适度;碳黑、酞菁绿具备非常好的耐热性能[5],200℃干固时,不容易发生失光、掉色;红丹则具备油漆附着力强、色牢度高的特性。与此同时还可加上一部分防锈颜料,如锌氧化铁黄、三聚磷酸铝等也可以具有不错的耐腐蚀实际效果。
(2)填料的挑选 填料的作用是提升聚氨酯涂料的强度、刚度、耐刮伤性、耐冲击等物理学性能,与此同时能够改善粉末状涂料的松弛性和提升涂膜的热膨胀系数等性能。填料量过高,镀层发脆,抗冲击性能不太好;填料量过低,又会影响到涂层的刚度、耐刮伤性等物理力学性能[6]。通过数次试验,最终选定了性价比高较高的沉淀硫酸钡、硅微粉等做为重耐腐蚀环氧粉末涂料的填料成分。表6是不一样填料使用量对镀层物理性的危害。
从表6看得出,Ⅳ号秘方最好,挑选一定的沉淀硫酸钡、硅微粉及气相二氧化硅占比可让涂层具备良好的综合性性能。
(3)改性剂的挑选 因粉末状涂料情况的独特性,如规定环氧树脂和固化剂是非常容易破碎和分散化的固态粉末状或块状物;粉末状涂料的凝固反映环境温度较高,大部分种类都是在180℃上下,因此粉末状涂料组成成分受到耐高温等某些限制,一般在溶剂型和水性涂料中常用的助剂,不能用在粉末涂料中,能用于粉末涂料中的品种就比较少。助剂包括流平剂、固化促进剂、光亮剂、脱气剂、防结块剂、消光剂等。其中,流平剂和固化促进剂最为重要。
流平剂[6]可有效提高涂膜的光泽和平整性,在没有添加流平剂的粉末涂料中,涂层存在严重的“麻坑”和内部孔隙等现象以及光泽度差等特点。固化促进剂能有效降低树脂与固化剂发生交联反应的活化能,提高涂层固化的反应速度,大大提高了生产效率。试验证明,不添加固化促进剂,树脂和固化剂固化反应交联不完全,制备的涂膜脆性很高,附着力很差。
该环氧粉末涂料要求厚涂层一次喷涂成型,为防止流挂,要求涂料具有较低的熔融流动性,容易导致涂层的表面不平整。粉末涂料的流平性受流平助剂、成膜树脂的结构和固化机理等制约。选用了合适的树脂及固化剂,具有较高的软化点和较窄的分子量分布,分子结构较为规整。最终使环氧树脂与固化剂在高温固化时具有较低的熔融流动性,不易产生流挂现象,且板面较为平整。通过改变助剂的使用量,可降低涂料水平流动性,能够起到防流挂的作用。表7是不同固化促进剂用量对固化时间的影响[7]。表8是相关助剂种类、用量及用途。因该环氧粉末涂料较多用在酸碱盐重腐蚀环境下防腐蚀,故在颜填料及助剂的选择方面应首先考虑其化学稳定性,良好的耐酸、耐碱、耐温颜填料及助剂是首选。
2.2 重防腐蚀环氧粉末涂料基础配方及涂层性能
通过涂料组成材料的选择、优化和关键性能指标评价,最后得到重防腐蚀环氧粉末的基础配方见表9,所得涂层性能见表10。由表10可以看出:该涂料具有较好的综合性能及良好的抗化学磨蚀性,可为环氧粉末涂料的研究提供参考。
3 结论
研制了一种用于酸碱盐重腐蚀环境下防腐蚀保护要求的环氧粉末涂料,该涂料绿色环保无污染,通过树脂和固化剂的共聚交联反应,选择合适的颜填料及助剂等,增加了体系的交联密度,提高了涂膜耐介质渗透能力,耐碱性等性能提高。且施工工艺简单,不需要底漆可一次厚涂,快速固化有利于流水线作业,易于检测与修补,涂层质量易于控制,具有较广的应用领域。
[参考文献]
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封面图:Pexels 上的 Moham ** d Danish 拍摄的图片
图片授权:Pexels的CCO协议
音乐:Cello Blue-David Darling
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