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热固型重防腐环氧粉末涂料的研制
一、 前言
管线输送是水、气体、石油等介质最有效的输送方法，管线的可靠性在很大程度上取决于钢管的防腐性，采用良好的涂 敷方法可以使管道使用寿命达到几十年。粉末涂料是一种涂敷方便、固化迅速、性能优异的防腐材料，近年来，重防腐粉末涂料以其卓越的性能，得到了防腐界的普 遍认可，并超过了过去使用的沥青、煤焦油和聚乙烯等防腐涂层而占据了主要地位。根据这种情况，我从材料入手，对重防腐粉末涂料进行了深入的研究，开发出了 适销对路的产品。重防腐粉末涂料的使用是管道防护技术的一个飞跃。
二、 原材料的选择
1、 基料树脂
重防腐粉末涂料采用中等分子量环氧树脂为成膜物质。其结构中含有高极性和活性的环氧基，涂膜具有很强的附着力。涂层具有较好的热稳定性和电绝缘性。其结构如下：
n=4～6
2、 固化剂
环氧树脂确定后，固化剂的性能决定了粉末涂料的防腐性能。经过理论选择和实验证实，从开始使用癸肼、酚醛树脂作为固化剂，到最后确定了以高分子酚类化合物作为重防腐粉末涂料固化剂效果最好。
高分子酚类固化剂其结构如下：
n>4
从其分子结构可以看出，它其实是两端以酚羟基封端的线型长链状树脂，与环氧树脂具有相似的结构。从其合成机理来 看，实质上是用双酚A与低分子量环氧树脂在催化剂存在下反应，生成高分子量环氧树脂，然后再与过量双酚A反应，生成含羟基的化合物。因此，用做环氧粉末涂 料的固化剂时，与树脂具有更好的混容性，而且部分游离的双酚A在参加反应时就相当于双官能团的树脂，其活性较大，易引起环氧基的开环反应，同时也提高了交 联密度，所以高分子酚类固化剂具有很高的反应活性，所得的涂膜具有极高的光泽度、优异的防腐性能和机械性能。
高分子酚类化合物固化环氧粉末涂料固化机理较复杂，如下所示：
（1） 酚羟基与环氧基的醚化反应：
（2）仲羟基与环氧基的醚化反应：
（3）胺催化环氧的自聚反应：
（4）2-甲基咪唑活泼氢使环氧开环：
固化机理表明固化过程中无小分子物放出，涂层表面不存在“爆泡”等弊端，不会因为涂层厚度增加而导致性能下降。固化剂属长链分子结构，本身起到了增塑作用，因此涂层韧性很好。另外，固化剂中含有大量-OH，大大促进了对基体的附着力。
3．颜填料的选择
颜料主要有金红石钛白粉，铁红等，它们均经表面处理有很好的防腐性，并对膜与钢管间气泡有良好的消除作用。
填料选用超细硫酸钡，改性三聚磷酸铝等惰性功能填料。改性三聚磷酸铝为无公害环保型防锈颜料，广泛应用于油漆中，研制过程中，首次将其用于粉末涂料中，其优异的防腐性及阴极保护性大大增强了粉末涂膜的性能。
4．助剂
为了增加涂料对基底的润湿性和树脂对颜填料的润湿作用配方中加大了润湿促进剂的用量。为了改善涂料对基材的附着力及树脂与颜填料间的结合力配方中加入硅烷偶联剂。
由于环氧树脂中存在芳醚键，苯环吸收紫外线辐射，并将其转化成为足以破坏芳醚键的能量引起光化学降解，而导致涂膜的粉化。考虑到外喷钢管的露天堆放和周转，配方中加入二苯甲酮类抗紫外线助剂，以防止涂层短时期内降解粉化。
三、 配方与生产工艺
经测试证明，当酚羟基与环氧基的摩尔比为0.6：1时反应活性最佳，所得涂层的综合性能最好。反复做实验，调整配比，最后配方如表1。涂膜性能如表2。
重防腐粉末涂料比普通粉末涂料生产工艺要复杂一些，而且工艺指标的控制比较严格。
工艺流程如下：
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原材料
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称量
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预混合
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熔融挤出
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压片
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粗破碎
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研磨（分级，筛选）
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与气相二氧化硅混合
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检测
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包装
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入库
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表1
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原料
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配比
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环氧树脂（当量830）
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A
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固化剂
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B
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钛白粉
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C
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硫酸钡
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D
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铁红
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E
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改性三聚磷酸铝
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F
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PVB
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G
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流平剂
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H
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润湿促进剂
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I
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2-甲基咪唑
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J
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UV-531
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K
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表2
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项目
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指标
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测试结果
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外观
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表面平整、色泽均匀、允许有轻微桔皮
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表面平整、色泽均匀、有轻微桔皮
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抗冲击强度
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不小于50KG•CM
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>50KG•CM
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柔韧性
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1mm弯曲
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1mm弯曲
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附着力
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≤2级
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2级
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铅笔硬度
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≥2H
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>6H
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光泽
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≥86%
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>98%
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吸水率
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≤0.2%
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<0.2%
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耐腐蚀性
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在10%HCL、20%NAOH和3.5%NACL试剂中浸泡30天，试件表面无起泡、脱落等现象。
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在10%HCL、20%NAOH和3.5%NACL试剂中浸泡2年，试件表面无起泡、脱落等现象。
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四、 涂料特性
涂层具有良好的抗化学、抗溶剂性，能抵御被输送介质 中的酸、碱、盐、有机物等物质的化学腐蚀，并能长期接触含盐地下水、海水、土壤中微生物产生的各种有机酸等腐蚀物质；涂层坚韧耐磨，抗冲击及抗弯性优良， 并与钢管之间有极佳的附着力，能有效防止施工中的机械损坏，及使用过程中植物根系和土壤环境应力的损坏；涂层具有非常高的绝缘电阻，能在阴极保护作用下抵 抗化学腐蚀，达到长期保护的目的；涂料施工方便，无需底漆，固化迅速，易进行工作效率非常高的流水线作业；管道表面检查和修补简便，涂层质量容易控制；涂 层具有很高的玻璃化温度和非常宽的使用温度，能在-30℃至60℃的温度之间保持其最佳的性能；粉末涂料不含溶剂，无污染，节约资源和能源。这些优点使重防腐粉末涂料成为管道防腐的首选产品。
五、 前景展望
重防腐环氧粉末涂料作为一种新型防腐材料，有着强大的生命力。它的优良特性已渐渐为人们所认识。自从产品投入生产以来已大量投入市场，销往苏州、潍坊等地，取得了良好的经济效益和社会效益。随着知名度的进一步提高，市场的不断拓展，必将带来更大的收益。
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