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:
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604环氧树脂 |
80份 |
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复合固化剂 |
24.4份 |
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颜填料 |
40份 |
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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
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检验项目 |
测试结果 |
测试方法 |
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外观 |
粉状,色泽均匀,无结块 |
目测 |
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粒度(140目筛余物)/% |
<0.5 |
实测 |
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不挥发物含量/% |
>99.5 |
GB/T 6554 |
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胶化时间(180)/s |
63 |
GB/T 6554 |
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固化时间(180)/min |
2.8 |
SY/T 0315 |
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密度/g.cm-3 |
1.4 |
GB/T 4472 |
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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
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检测项目 |
测试结果 |
测试方法 |
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附着力/级 |
1 |
SY/T 0315 |
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铅笔硬度/H |
3 |
GB/T 6739 |
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耐冲击性/cm |
>50 |
GB/T 1732 |
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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
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检测项目 |
检测结果 |
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耐热性(100) |
120h,涂层无变化 |
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耐寒性(-30) |
120h,涂层无变化 |
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耐冷热交替性(-30--100) |
10次循环,涂层无变化 |
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耐污水性(室温) |
1年,涂层无变化 |
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耐10%HCl性(室温) |
1年,涂层无变化 |
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耐10%H2SO4性(室温) |
1年,涂层无变化 |
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耐10%NaCl性(室温) |
1年,涂层无变化 |
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耐10%NaOH性(室温) |
1年,涂层无变化 |
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耐70#汽油性(室温) |
1年,涂层无变化 |
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耐盐雾性(1000h) |
1级 |