超耐水高Tg2環氧粉末塗料的分析研究

2020-11-25 慧聰網

    慧聰塗裝網訊：

    摘要

    本文主要討論分析了超耐水高Tg2環氧粉末塗料環氧樹脂、固化劑和填料的選擇。其中環氧樹脂C、固化劑B和填料為矽灰石或矽微粉製得的環氧粉末塗層玻璃化溫度Tg2高達150℃左右，且水煮性能優異，在160℃蒸餾水中浸泡213d，撬剝附著力1級，與普通環氧樹脂相比，極大地提高了防腐性能，可應用於環境更加苛刻的重防腐領域。

    1前言

    隨著環保意識的日益增長，我國對VOC的排放管控愈發嚴格。粉末塗料以其綠色環保、零VOC等優點將會不斷取代液體塗料，在塗料行業佔有舉足輕重的地位。

    環氧型、環氧/聚酯型和聚酯型粉末塗料由於其性能優異、價格便宜在粉末塗料行業中佔有絕大部分市場。其中，聚酯樹脂中含有酯鍵容易水解，因此其耐水性和耐化學性能極差，不適用於重防腐領域。環氧樹脂具有優異的耐水性、耐化學性和優良的機械性，是重防腐粉末塗料的主要原料。隨著重防腐粉末塗料技術的不斷成熟和完善，客戶對粉末塗料的各項性能指標有了更加嚴格的要求，適用環境也更加苛刻。因此，高性能粉末塗料的研發和推廣勢在必行。

    普通環氧粉末塗料的玻璃化溫度Tg2一般低於110℃。根據標準SY/T0315-2013中規定塗層玻璃化溫度Tg2應大於最高使用溫度+40℃，普通環氧粉末塗料只能適用於操作溫度不高於70℃的環境中，超出此溫度，環氧塗層的各項機械性能和防腐性能降低，腐蝕介質更容易滲透入塗層與基材界面，使塗層附著力降低、塗層起泡，進而喪失防腐性能。

    本文旨在研發一種超耐水高Tg2環氧粉末塗料，其塗層玻璃化溫度Tg2可達150℃，根據標準SY/T0315-2013，可適用於操作溫度高達110℃的環境中，並且其耐水性能優異，在160℃的蒸餾水中浸泡213d，根據標準CJ/T120-2016撬剝塗層，附著力仍為1級。因而，相比普通環氧粉末塗料，本文製得的超耐水高Tg2環氧粉末塗料極大地提高了塗層的適用溫度和使用壽命，可應用於環境更加苛刻的重防腐領域。

    2實驗部分

    2.1原材料

    環氧樹脂A、環氧樹脂B、環氧樹脂c、固化劑A、固化劑B、流平劑、鈦白粉、炭黑、輕質碳酸鈣（簡稱輕鈣）、矽灰石、矽微粉等。

    2.2實驗設備

    平行雙螺杆擠出機、磨機、天平、高溫水實驗儀、壓扁實驗儀、差示掃描量熱儀（DSC）、衝擊試驗儀。

    2.3實驗工藝

    按照相應的配方工藝，分別稱量原材料，預混合，用平行雙螺杆擠出機擠出（一區溫度為75~85℃，二區溫度為105~115℃），冷卻壓片，粉碎過160目篩，製得環氧粉末塗料。鋼管拋丸預處理後，將鋼管在烘箱中預熱到150、160℃，將製得環氧粉末塗料用靜電噴塗工藝噴塗於預熱後的鋼管上，再放入180℃的烘箱中15min（後固化180℃/15min)，製得環氧塗層樣品，塗層厚度為300~400μm。

    2.4性能檢測

    對製得環氧粉末及其塗層樣品進行以下性能檢差示掃描量熱儀（DSC）測試：按照標準GB/T23257-2017《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層》進行檢測；

    衝擊測試：5J，按照CJ/T120·2016《給水塗塑複合鋼管》進行檢測；

    壓扁測試：按照CJ/T120-2016《給水塗塑複合鋼管》進行檢測；

    水煮附著力：水溫為160℃，蒸餾水，測試方法根據CJ/T120-2016《給水塗塑複合鋼管》進行。

    3結果與討論

    3.1環氧樹脂及固化劑的選擇

    實驗選擇環氧樹脂A、B、C三種和固化劑A、B，其中環氧樹脂A的環氧當量為800、820g/eq、軟化點99~101℃，環氧樹脂B的環氧當量為390~410g/eq、軟化點99~101℃，環氧樹脂C的環氧當量為390~410g/eq，軟化點為94~96℃；固化劑A的羥基當量為175~181g/eq、軟化點84℃，固化劑B的羥基當量為45~46g/eq、軟化點為80℃，環氧粉末配方及其塗層性能檢測結果如表1、表2和圖1所示。

超耐水高Tg2環氧粉末塗料的分析研究

超耐水高Tg2環氧粉末塗料的分析研究

    從表1和表2中可以看出，環氧樹脂的環氧當量越小和固化劑的羥基當量越小，製得塗層的玻璃化溫度Tg2越高。這是因為環氧當量和羥基當量越小，表明環氧樹脂的反應基團環氧基和固化劑的反應基團羥基越多，交聯密度增大。因此，製得塗層玻璃化溫度Tg2越高。配方3塗層玻璃化溫度Tg2明顯高於配方2，配方6塗層玻璃化溫度Tg2明顯高於配方5，這表明環氧樹脂c中的其他活性基團（如：羥基等）高於環氧樹脂B，使得配方3和配方6交聯密度更大，從而獲得更高的玻璃化溫度。

    由表2可知，在分子基團相近的情況下，塗層水煮附著力與塗層玻璃化溫度Tg2呈正相關。配方4機械性能不通過的原因可能是固化劑含量太少，只佔環氧樹脂A的4.5％，導致固化劑與環氧樹脂不能完全混溶，塗層固化不完全、固化程度不均一，從而影響塗層機械性能。配方5和配方6的塗層玻璃化溫度Tg2明顯高於其他配方，且水煮附著力性能明顯優於其他配方。其中配方6的各項性能最佳，其玻璃化溫度Tg2高達150℃左右，可應用於操作溫度較高的環境中；在160℃的水中浸泡213d，塗層表面無明顯變化，根據標準CJ/T120-2016的水煮附著力檢測方法，用小刀撬剝附著力仍為1級，水煮性能明顯優於普通環氧粉末，可應用於更加苛刻的防腐環境中。

    3.2填料的選擇

    填料作為粉末塗料的主要成分在粉末塗料配方中含量一般為30％左右，因此，填料的選取對粉末塗料各項性能有至關重要的作用。本文主要對輕鈣、矽灰石和矽微粉進行了研究對比，如表3、4所示。填料為輕鈣粉末塗料配方7的塗層性能明顯差於填料為矽灰石和矽微粉粉末塗料配方6和配方8。這主要原因是輕鈣的主要成分是碳酸鈣（CaC03），碳酸鈣具有一定的吸潮能力。在水煮過程中，輕鈣會一定程度的吸收水分，使水分更容易滲透到塗層與鋼管界面，從而使塗層起泡失去附著力，進而從鋼管上脫落失去防腐能力。從表3和表4中可以看出，配方6和配方8的耐水煮性能接近，說明矽灰石和矽微粉對水的吸潮性能接近。

超耐水高Tg2環氧粉末塗料的分析研究

    4結語

    （1）環氧樹脂粉末塗層機械性能優異，與基材附著力好，防腐性高，能滿足防腐性能的各項要求。

    （2）環氧樹脂C和固化劑B製得塗層玻璃化溫度Tg高達150℃，可用於操作溫度較高的環境中。

    （3）填料對環氧塗層的耐水煮性能有明顯的影響，輕鈣具有一定的吸潮能力，嚴重影響塗層的耐水煮性能。

    （4）在本文中，環氧樹脂C、固化劑B和填料為矽灰石或矽微粉製得環氧粉末塗層各項機械性能優良，具有最高玻璃化溫度Tg，高達150℃左右，可用於高溫操作環境。並且具有最佳耐水煮性能，在160℃蒸餾水中浸泡213d，塗層附著力仍為1級，極大地提高了塗層的適用溫度和使用壽命，可應用於環境更加苛刻的重防腐領域。

    文/曹雨，李效忠，王志強，趙金祥

    天津翔盛新材料有限公司

責任編輯：蘭芳

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