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低温固化环氧粉末涂料的研制

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低温固化环氧粉末涂料的研制
□ 刘翰锋,张延奎,苏松峰,董翔
(洛阳七维防腐工程材料有限公司,河南洛阳 471039)

0 前言
近年来随着石油、天然气用量的增加,输油、气管线的建设需求不断增大,由于天然气、石油大多集中在荒漠、极地冻土带以及海洋等边远地区,对管线钢的可靠性和经济性提出了更高的要求。为了保证管道的结构稳定性、安全性和经济性,采用高钢级管线钢(X80、X100、X120)将成为未来管线建设的一个趋势。然而,采用现有管道防腐技术对高钢级钢管进行涂覆处理,由于较高的涂覆温度会使钢管出现明显的应变时效硬化,使得钢管屈服强度和屈强比升高,而屈强比升高会进一步降低钢管抗变形能力。为了保证钢管的力学性能,必须降低涂料的涂覆温度,因此,迫切需要对环氧粉末涂料进行低温固化研究,以适应管道建设的需要,同时还能够实现节能降耗,具有十分重要的意义。
本文对低温粉末涂料的配方设计进行了讨论,并通过对低温固化剂及固化促进剂的筛选研究,研制了一种高性能低温固化环氧粉末涂料,实现了环氧粉末涂料在低温下的快速固化。经测试,该涂料产品理化性能优异、防腐性佳,可用于高钢级管线的防腐应用,市场前景十分广阔。

1 试验部分
1.1 原料
环氧树脂、固化剂、固化促进剂、钛白粉、云母粉、沉淀硫酸钡、硅灰石粉、流平剂、消泡剂、光亮剂,详细信息见表1。
试验主要原材料
1.2 试验设备
MIX-5混炼机、EX 30双螺杆挤出机,烟台超远粉末机械;ACM-02/02D微磨粉机,烟台东辉粉末设备;SJ-5静电涂装设备,烟台市万宇静电喷涂设备厂;DSC1热分析仪,瑞士METTLER公司;QCJ-120B漆膜冲击试验机,天津市中亚材料试验机厂;GG-3弯曲试验机,天津市林勇科技;LRHS-225B-LJS高低温湿热交变试验箱,上海林频仪器。
1.3 粉末涂料的制备
低温固化环氧粉末涂料配方见表2。
低温固化环氧粉末涂料配方
按配方用量称取环氧树脂、固化剂、颜填料及助剂,使用混炼机进行预粉后,经双螺杆挤出机熔融挤出,冷却压片后用ACM微磨粉机粉碎至要求粒度,即得涂料粉体。
(1)上述各组分按配方比例混合,在高速混炼机上预混3~5 min。
(2)熔融挤出条件为:螺杆长径比16∶1,转速500r/min,熔融挤出温度为95~110 ℃。
(3)将压片破碎后的料片加入ACM微磨粉机磨细,经粒度检测符合指标要求,即得目标粉体。

1.4 涂层的制备与性能检测
选用符合标准的低碳钢样板,采用喷射处理,使之除锈质量达到GB/T 8923要求的Sa2.5级,样板在设定固化温度下预烘烤1 h,采用静电喷涂,在设定固化条件下固化成膜,涂层厚度为300~400 μm。本文涂层各项性能的检测方法主要依据SY/T0315-2005《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》进行,部分性能包括附着力(拉脱法)、体积电阻率、耐高低温的测试均参考相关国标进行。
 
2 结果与讨论
2.1 固化剂的选择
环氧粉末涂料固化体系中,固化剂活性官能团的多少、种类决定了涂料的反应活性剂对温度的敏感性。固化剂与树脂反应活性越高,则体系发生反应的活化能垒越低,实现涂层固化的温度越低,因此为了实现低温固化,重点在于低温固化剂的选择。经过调研,选取市场上5种低温固化剂产品,按环氧树脂+固化剂+促进剂+流平剂+消泡剂+白炭黑的简易配方进行制粉(见表3),然后对其在150 ℃、20m in条件下进行固化成膜,对粉体及涂层性能进行测试,测试结果见表4。
固化剂筛选配方
各配方测试结果
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