管道防腐环氧粉末涂料的研制

   1前言
    随着我国石油和化工工业的发展,大量管道工程相继开工,特别是作为西部大开发的龙头“西气东输”工程的启动,将极大地促进管道防腐涂料的发展,同时也对管道防腐涂料提出了更高的要求,许多传统的管道防腐涂料将逐步被淘汰。20世纪90年代,环氧粉末涂料用于管道防腐,表现出优异的附着力、施工性和防腐性,受到业界人士的好评,至今,管道防腐环氧粉末涂料已成为具市场前景的品种之一。本文将介绍该类粉末涂料的研制情况。

    2涂料配方研究
   
2.1配方设计的基本要求
   
环氧树脂的结构和性能是决定涂料和涂膜性能的主要因素,选择环氧树脂时应考虑其熔融温度和分解温度,熔融粘度,电性能,树脂稳定性,附着力等。从工业化生产的角度,应考虑环氧树脂的合成工艺、原料来源、价格、毒性等。就管道防腐环氧粉末涂料来说,一般采用室温下为固态的双酚A环氧树脂,如601、604等牌号的环氧树脂可以满足要求。环氧树脂的用量应与固化剂用量结合考虑,一般来说,1摩尔环氧基团可配用1-1.2摩尔活性氢的固化剂。
    固化剂在很大程度上影响涂料和涂膜的性能,因此,必须认真选择。一般要求固化剂在常温下是固体,即粉末状、粒状或者片状;在制造粉末涂料的热熔融混合工序中,应同树脂或其他成分不起化学反应;配制成粉末涂料后,粉末涂料的储存稳定性应良好(在室温下储存半年以上),同树脂及其他成分不起化学反应,也不结块;从节能考虑,配制成粉末涂料后,能促使粉末涂料在低温下迅速固化,形成满意的涂膜,刺激性气味和毒性小;在烘烤成谟过程中,好不释放出有刺激性气味和毒性的化合物或者气体;固化剂应为无色,不能使涂膜着色,否则影响涂膜外观和使用效果;固化剂生产工艺也应简单,且原料来源丰富,价格便宜。一般采用酚醛树脂、双氰胺、改性双氰胺咪脞等固化体系。
    管道防腐环氧粉末涂料的固化温度一般在200-240,选用的颜填料在此温度下应稳定,以使涂膜在固化过程中不发生变色、性能降低等问题。此外,为达到防腐性能的要求,还要求颜填料具有足够的硬度和耐磨性。总体来说,无机颜填料比有机颜料的耐热性和耐化学性好。钛白、铁红、铁黑、云母氧化铁、炭黑、酞青蓝、酞青绿和群青等颜料,以及沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、沉淀二氧化硅、云母粉等填料,可以满足要求。
    助剂用来调整涂料的特定性能。流平剂用丙烯酸树脂类流平剂,其用量为树脂的0.2%-2%。涂膜边角附着力改进剂可用微细粉状二氧化硅。消光剂可用纳米二氧化硅、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙等。
   
2.2涂料的配方确定和配制
   
根据上述配方设计要求,采用独特的复合固化剂,经过配方的反复调整和筛选,确定管道防腐环氧涂料的佳配方如下: 

604环氧树脂

80份

复合固化剂

24.4份

颜填料

40份

助剂

0.6份

    在实验过程中,我们采用传统的混合、挤出、粉碎的配制工艺,制得优化的管道防腐环氧涂料。

    3涂料性能测试
   
3.1涂料性能指标
   
我们主要按照石油标准SY/T 0315-97《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准》进行涂料和涂层的性能测试,见表1。由表1可见,涂料的各项性能均满足该标准的要求,其中该标准要求180固化时间小与5min,我们达到指标是2.8min,这十分便于管道涂履作业线的快速工作。
                             表1管道防腐环氧粉末涂料性能指标 

检验项目

测试结果

测试方法

外观

粉状,色泽均匀,无结块

目测

粒度(140目筛余物)/%

<0.5

实测

不挥发物含量/%

>99.5

GB/T 6554

胶化时间(180)/s

63

GB/T 6554

固化时间(180)/min

2.8

SY/T 0315

密度/g.cm-3

1.4

GB/T 4472

储存期/月

>12

实测

    3.2涂膜机械性能
   
在作业线上,钢质管道外防腐环氧粉末涂料的施工过程大致如下:
    上管台-抛丸除锈-除尘-中频电加热线-静电喷涂粉末涂料-喷水冷却-下管台。
    为在实验室中模拟上述过程,我们采用静电喷涂枪,将粉末涂料喷涂在预热至200的金属片上,固化2.5min后放入冷水降温,制得试片,进行涂膜的机械性能测试(见表2),均满足石油标准SY/T 0315-97对应指标的要求。
                             表2管道防腐环氧粉末涂膜机械性能 

检测项目

测试结果

测试方法

附着力/级

1

SY/T 0315

铅笔硬度/H

3

GB/T 6739

耐冲击性/cm

>50

GB/T 1732

柔韧性/mm

1

GB/T 1731

    3.3涂膜化学性能
   
采用上述施工工艺制得的试棒,进行常规化学稳定性实验,见表3。在石油标准SY/T 0315-97中,要求管道防腐环氧粉末涂膜在表4所示的化学介质中90d的实验周期结束后,取出试件并观察其涂层是否有褪色、隆起、软化、气泡、开裂、剥离、附着力降低等现象,要求耐腐蚀性合格。这个实验条件比我们实际采用的要温和得多,我们的实验周期达一年,因此,可以初步判定研制的管道防腐环氧粉末涂膜的化学稳定性,满足SY/T 0315-97的要求。
                           表3管道防腐环氧粉末涂膜化学稳定性 

检测项目

检测结果

耐热性(100)

120h,涂层无变化

耐寒性(-30)

120h,涂层无变化

耐冷热交替性(-30--100)

10次循环,涂层无变化

耐污水性(室温)

1年,涂层无变化

耐10%HCl性(室温)

1年,涂层无变化

耐10%H2SO4性(室温)

1年,涂层无变化

耐10%NaCl性(室温)

1年,涂层无变化

耐10%NaOH性(室温)

1年,涂层无变化

耐70#汽油性(室温)

1年,涂层无变化

耐盐雾性(1000h)

1级