重防腐粉末涂料配方设计浅谈
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【摘要】对影响重防腐粉末涂料配方设计中影响涂层性能的主要因素进行了分析探讨，提出了配方设计的基本原则与建议。 【关键词】重防腐粉末涂料 环氧树脂 固化剂 管道 配方设计 一、概述
重防腐涂料是一种在严酷的环境下能长期有效使用的涂料，为了达到涂料重防腐的目的，一方面需要涂层的厚膜化；另一方面对涂料基体树脂与助剂选用、基材的表面处理与涂装施工、维护要求也十分严格。这类涂料以前多采用液体涂料，通常需要多道涂装才能达到需求。
近年来，粉末涂料以其安全高效、无污染等特点，在重防腐领域，特别是管道重防腐方面所占比重越来越大，从最初的石油天然气管道防腐，扩大到城市地下污水管网防腐，乃至小口径的自来水管道涂装。除管道外，建筑钢筋、钢缆的防腐涂装也正在兴起；其涂装方式有高压静电喷涂、流化床涂装与真空吸涂等方式。当前，从重防腐粉末涂料原材料生产到粉末制造、喷涂应用的产业链正在形成。
重防腐粉末涂料的发展，应用领域的扩大，也给原材料生产与粉末配方的设计提出了许多新的要求，单一的粉末涂料配方已无法满足不同应用的需求，因此，必须不断开发新的材料与配方技术。尽管我
国粉末涂料的产量已十分巨大，但主要还是装饰性粉末涂料，真正满足重防腐性能要求末涂料配方还是很少，从主要原材料环氧树脂与固化剂生产到配方技术开发，很少进行交流，严重阻碍了重防腐粉末涂料的发展与提高。
笔者在进行重防腐粉末涂料专用环氧树脂与固化剂的研制与生产过程中，经过反复试验比较，通过与粉末涂料生产厂有关技术人员分析、探讨，得出粉末涂料各种原材料对粉末涂料性能的影响关系，从中得到了一些体会，尽管还不成熟，但愿在此予以介绍，期望引起民业界人士的关注，共同进行探讨，以便推动我国重防腐粉末涂料生产与应用技术的提高。
二、重防腐粉末兴头用环氧树脂与固化剂的选择
环氧树脂由于分子结构中大量的苯环、醚键、羟基结构，对基材特别是金属基材具有优异的附着力，同时，耐热、耐化学腐蚀，形成的涂层具有优异的机械强度，如硬度、耐冷热冲击与机械冲击等性能。此外，环氧树脂与固化剂的多品种可组合成多样化的粉末涂料配方体系，给满足各种要求复杂的使用场合提供了多种选择，上述优点使环氧树脂成为重防腐粉末涂料的首选树脂。
环氧树脂品种很多，但由于重防腐粉末涂料生产工艺性要求的限制，在品种选择上不如液体涂料广泛，除了上述化学性能要求外，还应考虑粉末涂料制造的工艺性，既要求固化物的机械与耐化学性能，还要求环氧树脂在室温下是稳定的固体，以利于粉末涂料的储存稳定，不容易结块；随着粉末涂料向低温快速固化方向发展，一方面要求环氧
树脂与固化剂应有较高的反应活性，但是，另一方面则要求在粉末涂料挤出温度条件下，树脂与固化剂基本为化学惰性或反应程度很低，否则，如在挤出过程中产生凝胶粒子，势必会影响粉末涂料的流平与固化。这些要求，使得重防腐粉末涂料所能选择的环氧树脂与固化剂比液体涂料要少得多。
目前，重防腐粉末涂料所采用的环氧树脂，主要为中分子量的双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂。中分子量的双酚A型环氧树脂典型产品为E-12，具有价格低，韧性好的特点，但是，该类型环氧树脂只有分子结构的两端有环氧基，并且为了得到好的韧性与较高软化点，所选择的这种树脂环氧值较低，其固化产物交联密度低，带来的结果是耐化学性能与耐热不够好，涂层硬度、耐磨性及附着力也不够好。酚醛环氧树脂分子结构中可有多个环氧基，固化产物的交联密度与芳香密度都比较高，涂膜的硬度与耐热性、耐磨性、耐化学腐蚀性及对基材的附着力都比较好，因此，国外在设计重防腐粉末涂料配方中多选择酚醛环氧树脂或改性酚醛环氧树脂。但全部采用酚醛环氧树脂特别是当酚醛环氧树脂环氧值较高时，可能导致固化长的脆性大，低温弯曲与冲击性能较差，因此，在酚醛环氧树膙中加入部分双酚A型环氧树脂，有助于提高其耐低温性能，混合比例在酚醛环氧/双酚A环氧80/20-20/80。对涂层性能的影响规律是：随酚醛环氧用量增加，涂膜附着力、硬度、耐化学腐蚀能力增加，但柔韧性、耐弯曲冲击性能下降，具体比例还与所选择的促进剂体系、颜填料种类与用量及涂膜所要求的最终性能有关。
除了环氧树脂外，固化剂的选择对粉末兴头的性能与工艺性有很重要影响。与环氧树脂一样，能用于重防腐粉末涂料的固化剂比液体涂料要少得多，在装饰型粉末涂料中普遍采用的聚酯树脂固化剂，由于酯键的耐化学腐蚀较差及大分子芳香族羧基反应活性较低，不能满足快速固化要求。早期重防腐粉末涂料的固化剂双氰胺，由于其分子量小，固化放热大，兴稻草磪应力大，脆性大，目前已很少采用。高熔点的芳香胺固化剂如DDS/DDM理论上可用作粉末兴头的固化剂，但实际很少采用，其原因可能是因为分子量太小，官能度太高，固化物韧性不够有关。咪唑类固化剂固化速度快，但形成的固化物太脆，因此一般只用作促进剂使用。目前国内外所采用的重防腐粉末涂料固化剂主要是端羟基大分子聚合物型固化剂，如酚类与环氧化合物的加成产物、线性酚醛树脂等。这种大分子固化剂与环氧树脂具有相似结构，与环氧树脂相容性好，大分子结构使固化的粉末涂料有较好的柔韧性，但其弊端是反应活性较低，特别是在反应后期，体系粘度增加后，由于反应活性端基的卷曲包裹，很难参与反应，为了提高其反应活性，适应快速固化的要求，在固化剂结构设计中往往还加入一些小分子的羟基化合物与催化剂来提高反应速度。不同的固化剂生产厂家在羟基化合物的选择、分子量大小、催化剂的种类与用量方面都较为保密，选择的不同带来的固化效果也有所不同［1］。我们在研制过程中，根据不同的涂装作业方式与涂膜性能要求开了系列固化剂可满足不同要求。
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