引 言

目前我國管道防腐層已經從20世紀90年代后期的熔結環氧粉末（FBE）和三層聚乙烯（3PE）兩種防腐層發展到近年的單層環氧粉末涂層和雙層環氧粉末涂層防腐工藝。目前市面上應用于管道上的環氧重防腐粉末涂料根據行業標準SY/T 0315-2013，其固化溫度要求為230℃，固化時間≤2min。由于管道尺寸大且厚重，傳統的爐道加熱方式下，管道表面溫度從初始常溫狀態達到粉末涂料固化所需要的溫度230℃至少需要60 min左右，極大地限制了生產效率的提高。同時較高的溫度條件一定程度上對管道的強度造成損耗，涂裝施工環境惡劣。環氧重防腐粉末涂料的固化溫度越低、時間越短，越有利于生產效率的提高和涂裝施工環境的改善。本研究的目的在于提供實現環氧重防腐粉末涂料的低溫快速固化的方法和思路，并作出初步的探討。

1 實驗部分

1.1 改性環氧重防腐粉末涂料參考主體配方

參考配方見表1。

表1  參考配方

1.2 重防腐粉末涂料的制備及檢驗方法

按配方稱量原材料，混合均勻，用雙螺桿擠出機擠出壓片破碎后再經高速粉碎機粉碎，過180目標準篩，采用靜電噴涂的方法將粉末涂料噴涂于100mm×100mm×3mm經噴砂處理的鋼板上，固化條件為160℃/3min，然后根據中華人民共和國石油天然氣行業標準《SY T0315-2013鋼質管道熔結環氧粉末外涂層技術規范》進行各項性能測試。

2  結果分析與討論

2.1 不同當量的雙酚A環氧樹脂對涂層性能的影響

試驗對比了不同環氧當量的雙酚A型環氧樹脂，結果如表2所示。

表2 不同環氧當量的雙酚A型環氧樹脂關鍵性能對比

表2中1#~6#對比實驗結果顯示，環氧當量在600~1200范圍內，當選用的環氧樹脂其環氧當量＜860g/eq時，所制備的涂層彎曲性能測試時涂層發生開裂現象，這表明其涂層的韌性較差。環氧當量在一定程度的范圍內，隨著環氧當量的增加，環氧樹脂主鏈結構當中柔性鏈增長，環氧的反應活性下降，交聯固化后的涂層的韌性增強。

但當環氧當量達到一定程度時，隨著環氧結構鏈上剛性的苯環增加，固化后的涂層其剛性增強從而導致韌性減弱，同時由于環氧反應活性的下降，導致固化后的環氧涂層粘結強度也產生一定程度的下降。綜合涂層的粘結強度、陰極剝離和沖擊性能等關鍵性能指標，4#實驗選用的環氧當量在860~950g/eq的雙酚A型環氧樹脂比較適合用于重防腐粉末涂料。

2.2 不同環氧樹脂復配對涂層性能的影響

線型酚醛改性環氧樹脂由于其苯環含量高、碳鏈短，且每個高分子鏈上具有至少3個環氧基，所以其固化速度快、涂層交聯密度大。本研究選用環氧當量為750~860g/eq的線型酚醛改性環氧樹脂與雙酚A型環氧樹脂復配，研究其對涂層性能的影響。表3是線型酚醛改性環氧樹脂（EPN）與雙酚A型環氧樹脂（BPA）不同組合情況下的對涂層性能的影響。

表3  EPN與BPA（E-12）環氧樹脂組合對涂層性能的影響

從表3可以看出，EPN型樹脂與BPA型樹脂搭配時，EPN型樹脂/BPA型樹脂的配比從（80/20）~（20/80）變化時，隨著EPN的占比增高，涂層的粘結強度增強，陰極剝離性能提高，但其彎曲性能和沖擊強度下降。這是因為EPN型樹脂的環氧官能度較BPA型環氧樹脂要高，交聯固化反應速度較快，表現為固化后的涂層較脆、粘結強度較強，同時因為涂膜的表面致密度高，其陰極剝離性能較好，但不足之處在于交聯密度過高容易導致涂膜脆化，表現為涂膜的柔韌性和抗沖擊性能下降。從表3可以看出，當EPN型樹脂/BPA型樹脂的配比為40/60和30/70時，得到的涂層綜合性能最佳。

2.3 固化體系優化

表4 幾個固化體系在一定固化條件下是否固化的對比

表4的試驗結果表明，5種固化體系中雙氰胺、葵二酸二酰肼和改性雙氰胺固化劑均不能在160℃/3min條件下實現完全固化。只有酚類固化劑的涂層在160℃/3min實現完全固化。酚類固化劑A體系反應速度過快，涂層流平效果較差，橘皮重。因此選擇酚類固化劑B作為本研究最終的固化劑。

對2#試驗配方所制備的粉體和涂層進行DSC分析測試，其結果可以佐證表4中的2#試驗固化體系在160℃/3min實現了完全固化。

2.4 不同填料對涂層性能影響

本研究分別考察了云母粉、硅微粉、沉淀硫酸鋇填料對涂層性能的影響，結果如表5所示。

表5 填料種類對涂層性能的影響

試驗結果表明，相同條件下，填料成分選用云母粉的涂層電氣強度最優，填料選用沉淀硫酸鋇的涂層孔隙率和吸水率最低，致密度最優，選用硅微粉填料的涂層硬度增加，導致彎曲測試不合格。填料成分為中硫酸鋇與云母粉按1:1復配的涂層綜合性能最佳。

結 語

通過對重防腐粉末涂料用環氧樹脂、固化體系、填料和助劑等進行系統研究，對比了環氧樹脂、固化劑、填料及助劑的類型與用量、粉末涂料生產工藝對重防腐粉末涂料性能的影響，選用線形酚醛改性環氧樹脂和雙酚A型環氧樹脂組合體系以80/20~20/80（質量比）組合，并采用酚類固化劑B作為固化劑，通過進一步優化配方，最終得到了在160℃下3min實現固化的改性環氧重防腐粉末涂料。