管道防腐環氧粉末涂料的研制

   1前言
    隨著我國石油和化工工業的發展,大量管道工程相繼開工,特別是作為西部大開發的龍頭“西氣東輸”工程的啟動,將極大地促進管道防腐涂料的發展,同時也對管道防腐涂料提出了更高的要求,許多傳統的管道防腐涂料將逐步被淘汰。20世紀90年代,環氧粉末涂料用于管道防腐,表現出優異的附著力、施工性和防腐性,受到業界人士的好評,至今,管道防腐環氧粉末涂料已成為具市場前景的品種之一。本文將介紹該類粉末涂料的研制情況。

    2涂料配方研究
   
2.1配方設計的基本要求
   
環氧樹脂的結構和性能是決定涂料和涂膜性能的主要因素,選擇環氧樹脂時應考慮其熔融溫度和分解溫度,熔融粘度,電性能,樹脂穩定性,附著力等。從工業化生產的角度,應考慮環氧樹脂的合成工藝、原料來源、價格、毒性等。就管道防腐環氧粉末涂料來說,一般采用室溫下為固態的雙酚A環氧樹脂,如601、604等牌號的環氧樹脂可以滿足要求。環氧樹脂的用量應與固化劑用量結合考慮,一般來說,1摩爾環氧基團可配用1-1.2摩爾活性氫的固化劑。
    固化劑在很大程度上影響涂料和涂膜的性能,因此,必須認真選擇。一般要求固化劑在常溫下是固體,即粉末狀、粒狀或者片狀;在制造粉末涂料的熱熔融混合工序中,應同樹脂或其他成分不起化學反應;配制成粉末涂料后,粉末涂料的儲存穩定性應良好(在室溫下儲存半年以上),同樹脂及其他成分不起化學反應,也不結塊;從節能考慮,配制成粉末涂料后,能促使粉末涂料在低溫下迅速固化,形成滿意的涂膜,刺激性氣味和毒性?。辉诤婵境芍冞^程中,好不釋放出有刺激性氣味和毒性的化合物或者氣體;固化劑應為無色,不能使涂膜著色,否則影響涂膜外觀和使用效果;固化劑生產工藝也應簡單,且原料來源豐富,價格便宜。一般采用酚醛樹脂、雙氰胺、改性雙氰胺咪脞等固化體系。
    管道防腐環氧粉末涂料的固化溫度一般在200-240,選用的顏填料在此溫度下應穩定,以使涂膜在固化過程中不發生變色、性能降低等問題。此外,為達到防腐性能的要求,還要求顏填料具有足夠的硬度和耐磨性??傮w來說,無機顏填料比有機顏料的耐熱性和耐化學性好。鈦白、鐵紅、鐵黑、云母氧化鐵、炭黑、酞青藍、酞青綠和群青等顏料,以及沉淀硫酸鋇、輕質碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、沉淀二氧化硅、云母粉等填料,可以滿足要求。
    助劑用來調整涂料的特定性能。流平劑用丙烯酸樹脂類流平劑,其用量為樹脂的0.2%-2%。涂膜邊角附著力改進劑可用微細粉狀二氧化硅。消光劑可用納米二氧化硅、滑石粉、硬脂酸鋁、硬脂酸鈣等。
   
2.2涂料的配方確定和配制
   
根據上述配方設計要求,采用獨特的復合固化劑,經過配方的反復調整和篩選,確定管道防腐環氧涂料的佳配方如下: 

604環氧樹脂

80份

復合固化劑

24.4份

顏填料

40份

助劑

0.6份

    在實驗過程中,我們采用傳統的混合、擠出、粉碎的配制工藝,制得優化的管道防腐環氧涂料。

    3涂料性能測試
   
3.1涂料性能指標
   
我們主要按照石油標準SY/T 0315-97《鋼質管道熔結環氧粉末外涂層技術標準》進行涂料和涂層的性能測試,見表1。由表1可見,涂料的各項性能均滿足該標準的要求,其中該標準要求180固化時間小與5min,我們達到指標是2.8min,這十分便于管道涂履作業線的快速工作。
                             表1管道防腐環氧粉末涂料性能指標 

檢驗項目

測試結果

測試方法

外觀

粉狀,色澤均勻,無結塊

目測

粒度(140目篩余物)/%

<0.5

實測

不揮發物含量/%

>99.5

GB/T 6554

膠化時間(180)/s

63

GB/T 6554

固化時間(180)/min

2.8

SY/T 0315

密度/g.cm-3

1.4

GB/T 4472

儲存期/月

>12

實測

    3.2涂膜機械性能
   
在作業線上,鋼質管道外防腐環氧粉末涂料的施工過程大致如下:
    上管臺-拋丸除銹-除塵-中頻電加熱線-靜電噴涂粉末涂料-噴水冷卻-下管臺。
    為在實驗室中模擬上述過程,我們采用靜電噴涂槍,將粉末涂料噴涂在預熱至200的金屬片上,固化2.5min后放入冷水降溫,制得試片,進行涂膜的機械性能測試(見表2),均滿足石油標準SY/T 0315-97對應指標的要求。
                             表2管道防腐環氧粉末涂膜機械性能 

檢測項目

測試結果

測試方法

附著力/級

1

SY/T 0315

鉛筆硬度/H

3

GB/T 6739

耐沖擊性/cm

>50

GB/T 1732

柔韌性/mm

1

GB/T 1731

    3.3涂膜化學性能
   
采用上述施工工藝制得的試棒,進行常規化學穩定性實驗,見表3。在石油標準SY/T 0315-97中,要求管道防腐環氧粉末涂膜在表4所示的化學介質中90d的實驗周期結束后,取出試件并觀察其涂層是否有褪色、隆起、軟化、氣泡、開裂、剝離、附著力降低等現象,要求耐腐蝕性合格。這個實驗條件比我們實際采用的要溫和得多,我們的實驗周期達一年,因此,可以初步判定研制的管道防腐環氧粉末涂膜的化學穩定性,滿足SY/T 0315-97的要求。
                           表3管道防腐環氧粉末涂膜化學穩定性 

檢測項目

檢測結果

耐熱性(100)

120h,涂層無變化

耐寒性(-30)

120h,涂層無變化

耐冷熱交替性(-30--100)

10次循環,涂層無變化

耐污水性(室溫)

1年,涂層無變化

耐10%HCl性(室溫)

1年,涂層無變化

耐10%H2SO4性(室溫)

1年,涂層無變化

耐10%NaCl性(室溫)

1年,涂層無變化

耐10%NaOH性(室溫)

1年,涂層無變化

耐70#汽油性(室溫)

1年,涂層無變化

耐鹽霧性(1000h)

1級