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            提升輸油管道防腐效果的環氧粉末涂料材料制備
            2023年05月12日    閱讀量:     新聞來源:涂料在線 coatingol.com  |  投稿

            提升輸油管道防腐效果的環氧粉末涂料材料制備 涂料在線,coatingol.com

            「導讀」

            目前環境污染已經成為人們關注的重點問題,傳統涂料中包含一定的環境污染因素,因此需要對其進行有效控制。


            本研究采用線型酚醛環氧樹脂(ENR)、環氧樹脂E-12、固化劑JECP-02B制備了輸油管線用熔結環氧粉末涂料。并考察了線型酚醛環氧樹脂與環氧樹脂E-12質量比對涂料性能的影響,以及固化劑JECP-02B、流平劑GLP588和固化促進劑2-甲基咪唑對固化行為的影響涂料在線coatingol.com。


            用紅外光譜分析了固化前后樹脂的變化,m(ENR)/m(E-12)=(70/20)~(20/80)、m(固化劑)/m(環氧樹脂)=1/4、m(流平劑)/m(環氧樹脂)=2/100、m(2-甲基咪唑)/m(環氧樹脂)=(0.1~0.18)/100時,涂層性能達到輸油管線防腐指標(SY/T0315-97)。


            前言

            環氧粉末涂料屬于環保涂料,使用過程中采用靜電噴涂技術,噴涂在對象表面,最終熔融成膜。這種材料與傳統材料相比,具有較強的環保性、使用方便、涂膜性強。


            環氧粉末涂料屬于粉末涂料,主要使用環氧樹脂作為材料,添加其他輔助材料制作而成,通常應用在管道運輸中,具備較強的防腐效果。


            國外市場上使用的水性環氧涂料主要是由兩組分組成:一組分是疏水性的環氧樹脂,另一組分是親水的胺類固化劑。


            基于二個組分的物理狀態,E.C.Galgoci等人將水性環氧涂料分為以下五種類型:


            ①環氧樹脂為液體或液體乳液,固化劑為水可溶性胺;

            ②環氧樹脂為固體分散體,固化劑為水可溶胺;

            ③環氧樹脂為液體或固體乳液,固化劑為含羧基或氨基官能團的丙烯酸分散體;

            ④環氧樹脂為液體或固體分散體,固化劑為胺分散體;

            ⑤環氧樹脂為固體分散體,固化劑為胺分散體。


            ? 含氟涂料,如日本旭硝子公司(AsahiGlass)研究出新型低VOC水性FEVE共聚物,配制的涂料具有媲美溶劑型氟碳產品的優異耐候性、耐水性、耐溶劑性和光澤度;


            ? 鱗片涂料,由玻璃磷片和耐腐蝕樹脂構成,具有優越的防腐性能和防滲透性能,涂層的耐久性優于其他涂料,在美國、日本、西歐已得到廣泛應用和發展。


            我國從20世紀50年代開始開發防腐蝕涂料,經過六十年的發展,產品性能已經取得了長足的進步,特別是在20世紀90年代以后,由于合成樹脂的高速發展,我國防腐蝕涂料進入以合成樹脂為主的時代。


            目前國內的防腐涂料品種比較齊全,從低檔的瀝青、醇酸樹脂、酚醛樹脂等系列涂料到中高檔的環氧樹脂涂料、氯化聚烯烴涂料、聚氨酯涂料和有機硅涂料等,基本能滿足市場需求,但其中大多是溶劑型涂料品種。


            我國防腐蝕涂料年產量在20萬噸左右,其中環氧樹脂類防腐涂料約7萬噸、富鋅涂料約1萬噸、乙烯樹脂類防腐涂料約3萬噸、聚氨酯樹脂類涂料約1萬噸、粉末防腐涂料約2萬噸、其它防腐涂料約6萬噸。


            目前,防腐涂料廣泛應用于石油、化工、采礦、冶金、市政建設、能源和交通等行業,在防腐蝕涂料中,最突出應用的是重防腐涂料,如集裝箱涂料、汽車涂料、建筑工業涂料,特別是海洋船舶涂料。


            我國已成為全球第三大造船國,船舶涂料需求量將會以每年35%的速度增長。


            01 環氧粉末涂料材料

            環氧粉末涂料材料在實際應用的過程中,不會污染環境,20世紀90年代后,我國石油行業進入了快速發展階段,在石油化工行業實際發展的過程中,對管道防腐性能的要求也逐漸提升。


            如果僅僅使用傳統的防腐處理方式,將會大大降低輸油管道實際使用的安全性,因此需要針對防腐技術以及防腐材料進行優化管理,最終達到提升輸油管道使用安全性的目的。


            數目眾多的固化劑首先分為顯在型和潛伏型,顯在型固化劑即普通的固化劑;潛伏型固化劑,則是與環氧樹脂以配合的形式在30℃長期貯存穩定,一旦曝露于熱、光和濕氣中則易發生固化反應。


            這類固化劑基本上是用物理和化學方法封閉其固化劑活性。固化劑分類如圖1示。                            

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            在反應器中加入一定量低相對分子質量的環氧樹脂,然后加入定量雙酚、催化劑,在一定溫度下反應2h,然后加入含活性基團的試劑,升溫使反應不斷進行。


            再加入定量的雙酚A、催化劑在一定溫度下反應1~2h,將生成物倒在干凈的鐵板上,冷卻,即得固化劑。再將產品粉碎至50目,備用。制備工藝如圖2所示。                            

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            02 環氧粉末涂料材料的制備要求

            在制備環氧粉末涂料材料的過程中,為了保證最終的制備質量,則需要根據相應的制備要求進行,提升材料制備的規范性和有效性。


            例如,在選擇環氧樹脂的過程中,需要確定材料的熔融溫度、分解溫度、熔融黏度、電性能以及穩定性等參數;在生產加工中,則需要確定原材料的生產廠家、生產價格以及安全性等。


            通常情況下,輸油管道環氧粉末涂料材料制備使用固態雙酚A環氧樹脂作為基本材料,將固化劑與其結合,1mol的環氧基團,需要與1~2mol活性氫固化劑相互結合。


            采用差示掃描量熱儀(DSC)對涂料樣品進行試,實驗中升溫速度為20℃/min,重點測試100~200℃范圍內的熱流變化,結果見圖3。

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            測定5組固化劑產品環氧值,每組按上述方法測定2次,取2次測定的平均值。根據測定結果,作固化劑環氧值與第二步反應時間的關系曲線,如表1所示。

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            固化劑在環氧粉末涂料材料制備中,直接決定著涂料的性能,因此制備過程中需要保證固化劑的實際選擇質量。


            通常,固化劑在常溫下,呈現固體狀態,為粉末狀、顆粒狀或者是片狀。在熱熔融混合的過程中,固化劑不能與其他材料發生化學反應,粉末涂料制作完畢之后,能夠在室溫環境下存儲半年以上,不凝聚結塊,這是固化劑使用的基本條件。


            針對顏填料,則需要具備較強的耐熱性,管道防腐環氧粉末涂料材料的固化溫度200~240℃,因此顏填料則需要在該溫度的范圍內保持穩定,避免環氧粉末涂料材料在固化過程中出現變色或者性能改變等情況。


            另外,顏填料需要具備較強的耐磨性和硬度,通常情況下,無機顏料的耐溫性以及耐化學性較強,例如滑石粉、高嶺土以及云母粉等都能夠滿足環氧粉末涂料材料中顏填料的制作要求。


            在環氧粉末涂料中,固化劑和環氧樹脂是主要的成膜物質,不同配比的固化體系性能也不一樣。


            因此選定了不同配比的固化劑環氧樹脂體系,測定了體系在150℃下的膠化時間。固化劑環氧樹脂與膠化時間關系曲線如圖4所示。


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            03 輸油管道防腐環氧粉末涂料材料的制備措施

            ① 環氧粉末涂料材料制備原材料


            環氧粉末涂料在實際制備的過程中,使用的原材料主要包括環氧樹脂、固化劑、鈦白粉、沉淀硫酸鋇、安息香、流平劑以及2-甲基咪唑等材料。


            在實際生產的過程中,使用預混料機、雙螺桿擠出機、破碎機以及高壓噴涂設備等,先將材料預混合在其中,其中包括環氧樹脂、固化劑、顏填料、助劑等,相互混合,擠出,再進壓片、粉碎,最終形成樣品。


            針對以上流程,對制備完畢的環氧粉末涂料性能進行檢測,其中包括外觀、粒度、不揮發物含量、磁性物含量、膠化時間、固化時間等,其中膠化時間和固化時間測試溫度為180℃。


            180℃下膠化時間為63s,固化時間為2.5min。表2為環氧粉末涂料材料制備配方。

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            ② 制粉過程注意事項

            1)顏料顆粒細微、質輕,稱好后應首先裹入其它物料中,以防受氣流沖擊而飄起或粘于容器壁上導致物料不準。

            2)熔融擠出國外多采用雙螺桿擠出機,最大優點是換色容易。目前國內一般采用單螺桿擠出機。

            擠出物料時要嚴格控制三個區的溫度,尤其是第三區。對于普通環氧粉末,第三區溫度不得超過105℃,擠出時間也不易過長,否則固化劑容易與樹脂發生固化反應使物料變硬,即影響正常生產。

            粉末最終被涂于工件表面進行烘烤時也不再被熔融而形成一個個凸出的麻點,影響涂層性能和外觀質量。

            3)粉末的超細粉碎國內采用球磨機和旋風式超細粉碎機。球磨機粉碎的粉末晶形好,所得涂層性能及外觀均很漂亮。

            但超細粉(細度在300目以上)含量往往過多,粉粒過細易結團或帶電量不足,經高壓靜電噴涂于工件上易產生涂膜不均、粉末與工件吸附性差易脫落,采用旋風式粉碎機可得到細度合格、細度分布合理的粉末粒子,是較為理想的粉碎設備。

            4)粉末篩網細度應為180目。生產中應經常檢查篩網,發現破裂和變形應及時修理或更換,以免粗粉帶入影響粉末質量。


            ③ 環氧樹脂的選擇

            環氧粉末涂料在制備過程中使用的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂以及脂環族環氧樹脂,其中雙酚A型環氧樹脂,具有活潑環氧基和高極性基團醚基,正是因為這一結構,最終形成的涂膜交聯度較高、硬度較高、耐磨性能強、防腐效果也較強。


            通過表3的比較分析能看出,LB-303的環氧樹脂,在實際使用中的防腐性能較高,能夠完成耐鹽霧性能測試。


            其涂膜在高溫固化的過程中,熔融流動性不高,因此會輕易出現流掛等現象,最終完成的噴涂表面較為平整,整體使用性能較強,所以在制備環氧粉末涂料的過程中,多數選擇環氧樹脂LB-303作為制作材料。

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            ④ 固化劑的選擇

            在環氧粉末涂料制備的過程中,固化劑的種類非常多,其中包括胺類固化劑、雙氰胺固化劑以及芳香烴固化劑等。


            通常情況下,多數環氧粉末涂料制備使用的固化劑為酚烴基樹脂固化劑,該固化劑在實際使用的過程中,整體防腐性能和絕緣性能較強,其中包含大量的環氧基與烴基基團,因此在環氧粉末涂料固化中,具備較強的附著力。


            而分子結構中存在較多的苯環以及醚鍵,自身分子結構較為緊密,因此化學性質的穩定性較強,最終制作的環氧粉末涂料防腐效果也較好,目前已經成為環氧粉末涂料制備中經常使用的固化劑之一。


            通過表4能夠看出,固化劑的使用數量不同,最終環氧粉末涂料的使用性能也不同,如果固化劑的使用數量較低,環氧粉末涂料不完全固化,甚至出現不固化的情況,漆膜整體的密度不夠,導致最終的美觀性以及實用性都有所下降。


            如果固化劑使用的數量較多,則交聯程度不高,漆膜脆弱,耐沖擊性能和耐腐蝕性能不高,因此在使用固化劑的過程中,需要合理分配使用比例,保證最終環氧粉末涂料的制備效果以及使用性能。

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            ⑤ 填料的選擇

            填料也是環氧粉末涂料的組成部分之一,其能夠提升環氧粉末涂料的涂抹硬度、剛性以及耐劃傷性等,同時避免環氧粉末涂料出現松散的情況,最終達到提升環氧粉末涂料制備綜合性能的目的。


            在實際制備過程中,可以選擇防腐性能較強的硅微粉、沉淀硫酸鋇以及防銹顏料,將其作為環氧粉末涂料制備中的填料。


            表5為環氧粉末涂料中填料數量對應的性能,二者之間的比例無論過高還是過低,都會對漆膜性能產生一定的影響,如果填料數量過高,則漆膜較脆,柔韌性不高。


            如果填料的數量較低,則漆膜硬度不夠,導致相關的物理綜合性能無法提升,由此可以看出,在選擇填料的過程中,需要確定填料的正常使用范圍,保證最終環氧粉末涂料制備的綜合性能。

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            ⑥ 助劑的選擇


            助劑雖然在環氧粉末涂料制備中使用數量較少,但是對最終材料性能的影響非常大,目前,助劑主要分為兩種類型。


            第一種,流平劑,能在涂抹熔融流動時,在涂膜表面形成分子層,避免環氧粉末涂料出現縮孔等情況。流平劑中的主要組成部分為聚丙烯酸酯和二氧化硅。


            如果流平劑的使用比例在1.5%以上,則漆膜的耐玷污性能較差,因此流平劑的最佳使用含量為0.8%~1.5%。


            第二種,固化促進劑,通常使用的固化劑為2-甲基咪唑,其在使用的過程中能夠縮短環氧粉末涂料的固化時間,提升環氧粉末涂料的制備效率。


            如果不使用固化促進劑,則最終涂抹的脆性較高,附著力并不強。因此要想提升環氧粉末涂料的制備質量,需要適當加入固化促進劑。


            04 結論


            綜上所述,隨著人們對環氧粉末涂料的關注程度逐漸提升,如何提高環氧粉末涂料的性能,成為有關人員關注的重點。


            本文通過研究輸油管道防腐環氧粉末涂料制備發現,對其進行研究,能夠提升環氧粉末涂料的使用效果,促進我國輸油管道防腐環氧粉末涂料材料制備的良好發展。


            采用線型酚醛環氧樹脂、環氧樹脂E-12、專用固化劑、通用流平劑、安息香、2-甲基咪唑以及顏填料組成的FBE粉末涂料,具有固化速度快,耐磨性好,防腐性能好的優點。


            標簽:工業涂料,原材料,今日頭條,技術中心,粉末涂料,防腐涂料,樹脂
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