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作者

1.兰州理工大学技术工程学院

摘要：粉末涂料具有广阔的应用前景。为了提高其重腐蚀性能，开发了满足重腐蚀保护要求的快速固化环氧粉末涂料，讨论了基底树脂的选择、固化剂型号和剂量对涂层性能的影响；确定了颜料填料、平整剂、固化剂等添加剂的选择对象，获得了涂配方，并测试了首选配方涂层的性能。结果表明，涂料绿色、环保、无污染。涂料具有优异的耐化学性、耐溶剂性、优异的机械性能和良好的附着力。施工工艺简单，无底漆可厚涂。快速固化有利于装配线运行，应用前景广阔。

关键词：环氧粉末涂料；重防腐；成分优化；性能评价

Preparationof a Kind of Heavy Anticorrosive Epoxy Powder Coating

QIN Ｒui1，XIAO Ｒui -li2

( 1． College of Technology and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China; 2． Gansu Huantong Engineering Testing Co．，Ltd．，Lanzhou 730050，China)

Abstract:A kind of epoxy powder coating for heavyanti-corrosion protection was developed． The influence of the base resins and the type and amountof curing agents on the perfor ** nce of the coating was discussed． The dosage of pigments，fillers，leveling agents，curing accelerators and other additives were determined． Finally，the perfor ** nce test results of the coating were given． Ｒesults showed that the coating wasgreen，environment-friendly and pollution-free，and had the excellent chemical resistance，solvent resistance，excellent physical and mechanical properties，good adhesion and other properties of the coating． The construction process was ** ，and the primer was not required to be coated at the sametime，as well as the rapid curing was beneficialto assembly line operation．Therefore，the prepared coating had a widerapplication of anti -corrosion field．

Key words:epoxy powder coating; heavy corrosion protection; component optimization; perfor ** nce evaluation

0 前言

环氧粉末防腐涂料起源于20世纪60年代，广泛应用于水、化工和油气管道的运输。随着石油、天然气、化工等行业的不断发展，对管道防腐的要求越来越高。一些传统的溶剂型和高挥发性有机化合物(VOC)防腐涂料含量不再满足当前的防腐要求，特别是埋地石油天然气管道在重腐蚀环境下具有较高的安全等级。

重防腐蚀涂料常用的树脂是环氧树脂、聚氨酯和氯磺化类树脂等[1]。重防腐涂料发展的关键是高性能合成树脂。为了在恶劣环境中实现长期目标，主要成膜材料合成树脂的要求是：低收缩力、高硬度、韧性、耐磨性、耐温性等附着力好、物理力学性能好；对各种介质（化学气体、酸、碱、盐等溶剂）具有良好的耐腐蚀性，能有效地 ** 各种介质对涂层的渗透；在各种条件下施工方便，满足涂层厚度和涂层结构的设计要求。

环氧树脂具有优异的附着力和低收缩率、良好的耐腐蚀性和渗透性，可由更多的固化剂固化，具有良好的膜性能，逐渐成为应用最广泛、最广泛的重型防腐涂料膜材料。环氧粉末涂料是一种绿色涂料，其固体成分接近100%，不含溶剂，满足当前环保绿色要求。粉末涂料以其安全高效、无污染等特点，在重防腐领域得到了迅速的推广和应用。

环境保护部发布的《十三五挥发性有机物污染防治工作计划》要求七个重点行业的所有企业实施VOC综合治理给粉末涂料带来了新的机遇。粉末涂料的应用方向是集装箱、船舶、铁路、能源、石化、发电等领域。重型防腐涂料在这些项目中的应用超过300万吨，发展前景最为可观。溶剂型涂料仍然是船舶、桥梁、钢结构等防腐涂料应用领域的主流，水性涂料难以完全取代溶剂型涂料，粉末涂料有望在绿色涂料趋势下占据更大的市场份额。然而，粉末涂料仍存在一些问题：生产过程中的粉尘和噪声污染；粉末涂料的高温固化条件使其在节能方面处于劣势；很少用于非金属基材；特大型金属件（如钢结构、集装箱等）或形状极其复杂的金属件难以实现粉末涂料；铅铬黄等重金属颜料广泛应用于粉末涂料行业，可能对人体造成伤害或潜在危险。

本工作开发了环氧粉末快速固化重腐蚀涂料，可用于恶劣腐蚀环境条件下的重腐蚀保护，并表现了其理化性能。

1 试验

1.1 涂料制备工艺流程

重防腐环氧粉末涂料的制造方法与传统液体涂料完全不同，必须使用专用设备。图1为粉末涂料的生产工艺。

环氧粉末防腐蚀涂料的制备具体工艺流程包括预混合阶段、熔融挤出阶段、粉碎阶段及过筛阶段。制备过程中，先准确称量树脂、固化剂、颜料、添加剂等成分，充分混合均匀。预混合物料通过加料器输送到熔融挤出混合器，使各成分在一定温度下熔融混合均匀分散。挤出机挤出后，冷却压片破碎，分级筛分，制成产品。

制备涂料的主要技术难点：一是筛选合适的树脂、颜料填料和固化剂，满足制备涂料的良好防腐性能；二是涂料要求厚涂层一次喷涂成型。为了防止流挂，涂料的熔融流动性较低，因此流平剂等添加剂的配合使用非常重要。环氧粉末涂料主要由基材树脂、固化剂、颜料填料和添加剂组成。根据涂料的性能，选择基材树脂的类型、固化剂的类型和用量，以及颜料填料和添加剂的类型和用量，并对最佳涂料进行性能表示。

1.2 涂料性能检测

(1)观察环氧粉末涂料的外观，观察涂料的颜色是否均匀、结块等。

(2)胶化时间、固化时间、低温冲击(-30)℃)、抗弯、耐磨、附着力、耐化学腐蚀SY/T0315－2013测定。

(3)固体分含量(100)℃)%参照GB/T6554测定。

(4)参考体积电阻率GB/T1410测定。

(5)灵活性参考GB/T1731－1993测定。

(6)耐盐雾性能参考GB/T1771－1991测定。

2 结果与讨论

2.1 首选涂料配方

2.1.1 选择基材树脂

环氧树脂包括双酚A型和脂环族型。双酚A环氧树脂具有高极性环氧基和羟基。一旦加入固化剂交联，形成不溶性、不熔化的三维网络结构，涂层具有交联度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性好等特点。因此，在涂料配方设计中，以双酚A环氧树脂为主要成膜材料[2]，其结构见图2。由于分子中苯环和醚键稳定，分子结构紧密，耐化学介质性好，基本能长期满足大多数腐蚀环境的需要。此外，通过各种固化交联方式可以提高环氧树脂涂料的耐腐蚀性。

表1是粉末涂料双酚A环氧树脂粉末涂料的技术测试指标。表2是不同类型环氧树脂制成粉末涂料涂料的防腐性能检测。根据表1中的软化点和环氧值的范围，最终确定环氧树脂3为基质树脂，其外观明显优于普通环氧树脂（无色透明）。表2显示：由环氧树脂3制成的粉末涂料具有最佳的耐腐蚀性和耐化学性。由于涂层为厚涂层型，需要一次喷涂固化成型，因此需要涂层的厚膜防流挂性，这就要求涂层具有较低的熔融流动性。环氧树脂3具有较高的软化点和较窄的分子量分布，分子结构相对规则，使树脂在高温固化时熔化流动性较低，不易产生流挂现象，垂直板表面相对平整。因此，选用环氧树脂3作为基质树脂。

2.1.2 固化剂的选择

环氧粉末涂料的使用性能不仅取决于其在介质中的化学稳定性和附着力，还取决于其固化获得的网状交联结构。只有获得致密的交联结构，才能有效防止涂层在外部介质中膨胀和渗透。因此，选择合适的固化剂对控制涂层质量具有重要意义。

环氧粉末涂料常用的固化剂有多种[3-4]，如胺、酸酐、咪唑、咪唑啉、环咪、酚羟基、酚醛、聚酯、丙烯酸等。酚羟基树脂是环氧粉末涂料中常用的重要固化剂，主要用于重防腐和电绝缘。这种固化剂是低分子量的环氧树脂与双酚A在碱催化下，经过加成反应得到的酚羟端基的产物，无小分子产生。固化剂无毒，生产使用安全卫生，固化时间短，固化时间快，涂层硬度高、韧性好、耐磨、耐弯曲、耐冷热冲击、附着力好。使用这种固化剂具有传统环氧树脂双氰胺固化剂无法比拟的优越性能。其结构含有大量的羟基团，使整个涂层固化后具有优异的附着力；最终形成的涂层具有极好的耐腐蚀性。

表3是选用重防腐环氧粉末涂料专用固化剂的技术指标。表4是由不同类型的酚羟基树脂固化剂和环氧树脂（基质树脂选择表1中的环氧树脂3）制成的环氧粉末的涂层性能指标。经试验论证，最终选固化剂2与环氧树脂作为涂层的主要成膜材料。表5是不同固化剂剂量对涂层性能的影响（基质树脂选择表1中的环氧树脂3）。

从表5可以看出，不同的固化剂用量对涂层性能有很大的影响。固化剂用量过少，树脂固化不完全（甚至不固化），涂层交联密度低[4]，会影响涂层的外观和力学性能，降低涂层强度；当固化剂用量过多时，树脂与固化剂反应加快，交联程度过大，影响冲击性能和耐腐蚀性。性能优异的涂层只能采用适当的比例。从表5可以看出，当固化剂和树脂的质量比为1时∶5.涂层性能最好，性能最好。

2.1.3 颜填料及助剂的选择

(1)颜料的选择 由于粉末涂料加热固化成膜的特殊性，只适用于粉末涂料。钛白钛白、炭黑、酞菁绿、铁红、铬黄等颜料作为重防腐环氧粉末涂料。其中钛白覆盖力好，价格适中；炭黑和酞菁绿具有良好的耐高温性[5]和2000℃固化时不会失光变色；铁红具有遮盖力强、牢度高的特点。还可以添加一些防锈颜料，如锌铬黄、三聚磷酸铝等。

(2)填料的选择 填料的作用是提高涂膜的硬度、刚性、耐划伤性、抗冲击等物理性能，同时可以改进粉末涂料的松散性和提高涂层的玻璃化温度等性能。填料量过高，涂层脆弱，抗冲击性差；填料量过低，会影响涂层的刚度、耐划伤性等物理力学性能[6]。经过多次试验，最终选用性价比高的沉淀硫酸钡和硅微粉作为重防腐环氧粉末涂料的填料成分。表6是不同填料用量对涂层物理性的影响。

从表6看出，Ⅳ最好的配方是选择一定比例的硫酸钡、硅微粉和气相二氧化硅沉淀，使涂层具有良好的综合性能。

(3)添加剂的选择 由于粉末涂料状态的特殊性，如环氧树脂和固化剂是容易粉碎和分散的固体粉末或片状物；粉末涂料的固化反应温度较高，大部分品种为180℃左右，所以粉末涂料组成成分受到耐高温等某些限制，一般在溶剂型和水性涂料中常用的助剂，不能用在粉末涂料中，能用于粉末涂料中的品种就比较少。助剂包括流平剂、固化促进剂、光亮剂、脱气剂、防结块剂、消光剂等。其中，流平剂和固化促进剂最为重要。

流平剂[6]可有效提高涂膜的光泽和平整性，在没有添加流平剂的粉末涂料中，涂层存在严重的“麻坑”和内部孔隙等现象以及光泽度差等特点。固化促进剂能有效降低树脂与固化剂发生交联反应的活化能，提高涂层固化的反应速度，大大提高了生产效率。试验证明，不添加固化促进剂，树脂和固化剂固化反应交联不完全，制备的涂膜脆性很高，附着力很差。

该环氧粉末涂料要求厚涂层一次喷涂成型，为防止流挂，要求涂料具有较低的熔融流动性，容易导致涂层的表面不平整。粉末涂料的流平性受流平助剂、成膜树脂的结构和固化机理等制约。选用了合适的树脂及固化剂，具有较高的软化点和较窄的分子量分布，分子结构较为规整。最终使环氧树脂与固化剂在高温固化时具有较低的熔融流动性，不易产生流挂现象，且板面较为平整。通过改变助剂的使用量，可降低涂料水平流动性，能够起到防流挂的作用。表7是不同固化促进剂用量对固化时间的影响[7]。表8是相关助剂种类、用量及用途。因该环氧粉末涂料较多用在酸碱盐重腐蚀环境下防腐蚀，故在颜填料及助剂的选择方面应首先考虑其化学稳定性，良好的耐酸、耐碱、耐温颜填料及助剂是首选。

2.2 重防腐蚀环氧粉末涂料基础配方及涂层性能

通过涂料组成材料的选择、优化和关键性能指标评价，最后得到重防腐蚀环氧粉末的基础配方见表9，所得涂层性能见表10。由表10可以看出:该涂料具有较好的综合性能及良好的抗化学磨蚀性，可为环氧粉末涂料的研究提供参考。

3 结论

研制了一种用于酸碱盐重腐蚀环境下防腐蚀保护要求的环氧粉末涂料，该涂料绿色环保无污染，通过树脂和固化剂的共聚交联反应，选择合适的颜填料及助剂等，增加了体系的交联密度，提高了涂膜耐介质渗透能力，耐碱性等性能提高。且施工工艺简单，不需要底漆可一次厚涂，快速固化有利于流水线作业，易于检测与修补，涂层质量易于控制，具有较广的应用领域。

［参考文献］

［1］南仁植．粉末涂料与涂装技术［M］．北京:化学工业出版社，2000:56－75．

［2］张剑飞，李博文，陈玉滨．新型管道重防腐环氧粉末涂料的研制与应用［J］．现代涂料与涂装，2013，16(2):22－24．

［3］韩俊华，吕建，徐晓伟，等．不同固化体系对环氧粉末涂料性能的影响［J］．热固性树脂，2011，26(1):44－48．

［4］赖广森．管道防腐用环氧粉末涂料及其新进展［J］．涂料工业，1999(4):27－30．

［5］王玲珑，肖红军．无机颜料对聚酯/环氧粉末涂层理化性能的影响研究［J］．中国涂料，2011，26(4):41－45．

［6］南仁植，金顺玉，薛伟，等．颜填料对聚酯环氧粉末涂料的影响［J］．涂料工业，2003，33(10):28－31．

［7］高新田，潘锎，金顺玉．促进剂对聚酯环氧粉末涂料性能的影响［J］．现代涂料与涂装，2010，13(2):10－13．

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