熔结环氧粉末中助剂的作用

摘 要本文介绍了熔结环氧粉末涂料的组成及配方原理，结合国产熔结环氧粉末涂料存在的问题和粉末技术的最新发展，探讨了利用助剂提高熔结环氧粉末涂料总体性能的技术途径。

关键词 助剂 环氧树脂 粉末涂料 防腐涂料

1 前 言

　　熔结环氧粉末即管道防腐用环氧粉末，它是一种不含溶剂、以粉末熔融成膜的新型防腐涂料，与普通的防腐型环氧粉末涂料相比，熔结环氧涂层较厚（350～450μm），防腐寿命长（一般要求50年），管道施工的条件苛刻。因此，对熔结环氧的喷涂施工性能及其机械物理性能的要求要比普通的防腐型环氧粉末涂料高得多。

　　近几年来，熔结环氧粉末在我国的应用势头迅猛，目前已大规模的应用于陆上石油天然气管道新建工程，而且方兴未艾。但由于我国所研制的熔结环氧粉末涂料与国外名牌粉末（美国3M公司的206N环氧粉末）相比还有一定的差距，突出表现在抗冲击能力差、吸湿性强、储存性能和涂敷施工性能差等方面。这些新建管道工程仍然以进口环氧粉末为主。一直存在“用进口粉末成本高，用国产粉末不放心”的矛盾。

　　为此，笔者曾从技术原理及配方设计上进行了有益的探讨^[1]，本文从助剂应用的角度阐述了利用涂料助剂来提高熔结环氧粉末综合性能的技术途径。

2 技术原理及配方设计

2.1 基本技术原理

　　我们知道，环氧粉末涂料是由环氧树脂、固化剂、助剂和颜填料所组成。其交联固化为加成反应，遵循基本的当量反应定律：

　　一般的防腐型环氧粉末涂料采用双酚A型环氧树脂（如环氧604＃，环氧601＃等）与胺类、酸酐类、酚醛类等固化剂配合使用，可得到性能良好的防腐型粉末涂料。但对于熔结环氧粉末来说，采用普通的线性双酚A型环氧树脂作为基本成膜树脂，其涂层性能远不能达到管道防腐的技术标准要求。因此，目前国内外所研制的熔结环氧粉末涂料多采用改性环氧－－酚醛树脂固化体系。

2.2 配方设计

　　根据上述基本配方技术原理，本文的试验配方采用改性环氧－－酚醛树脂固化体系（见表1）。

表1 基本试验配方

原 材 料	改性环氧树脂	固化剂	颜填料	助剂
用量（wt%）	100	30.6	35	14.4

3. 生产工艺及试件制备
   
   1. 生产工艺

      熔结环氧粉末生产工艺流程间图1，所用的挤出机为阻尼往复式单螺杆挤出机。

图1 熔结环氧粉末生产工艺流程图

1. 试件制备

　　试件制备参照中国石油天然气集团公司管道局企业标准G/GD0151.4-93执行，涂层厚度400±50μm，固化条件为232℃，3nim。

  试验结果及讨论

1. 硅烷偶联剂改性填料对涂层机械性能的影响

   熔结环氧粉末涂料的颜填料一般采用热稳定性和化学稳定性高的无机颜填料，若引入硅烷偶联剂进行处理改性，则其涂层的附着力、柔韧性以及抗冲击性等机械物理性能均明显提高（见表2）。

   表2 硅烷偶联剂改性填料前后的熔结环氧涂层性能试验结果

   配 方	附着力（级）	柔韧性	抗冲击性（J）
   配方Ⅰ	2	φ2.5开裂	16
   配方Ⅱ	1	φ1.5 通过	22

   注：配方Ⅰ颜填料没有经过硅烷偶联剂处理改性，配方Ⅱ颜填料用硅烷偶联剂处理改性

   　　硅烷偶联剂改性颜填料以后，一方面颜填料上硅烷的R基团与环氧树脂的活性有机基团反应形成牢固的化学键，从而使得颜填料与熔结环氧涂层形成互相渗透的网络结构，增加了其内聚力，并使应力由高模量的底材向低模量的熔结环氧涂层转移。另一方面，颜填料经过改性以后使得粉末涂料内含有少量的硅烷偶联剂，在粉末涂敷熔融后，硅烷就会迁移到涂料和底材的界面，进而与底材的表面形成氢键或缩合成共价键－Si-M（M为金属表面）。氢键和共价键是远比范德华强的界面作用力，由此呈现出很强的对底材界面的初始附着力。故能明显的提高涂层的机械物理性能^[2]。

   　　此外，由于硅烷键的存在使颜填料在粉末熔融流平过程中分布更加均匀、致密。所以，颜填料经过硅烷偶联剂处理改性后，不仅涂层的附着力、柔韧性以及抗冲击性等机械物理性能显著提高，而且涂层的流平性和光泽都有明显的改善。

2. 气相法SiO2对熔结环氧粉末储存稳定性及其涂敷施工性能的影响

   　　在熔结环氧粉末中加入气相法二氧化硅有两方面的作用：一是利用二氧化硅的触变性，防止粉末在熔融流平过程中由于涂层过厚而产生的流挂；另一方面是利用二氧化硅的吸湿性和憎水性，提高熔结环氧粉末的储存稳定性和涂敷施工的流化性能。具体试验结果见表3。

   表3 气相法SiO2对熔结环氧粉末涂敷施工性能的影响

   配 方	涂层流挂状况	储存稳定性	涂敷施工性能
   配方Ⅰ	有轻微流挂	半年后出现结团（或块）	流化性能差，易堵喷枪
   配方Ⅱ	没有流挂现象	半年后无结团（或块）	流化性能好，不堵塞喷枪

   注：配方Ⅰ没有加入气相法SiO2，配方Ⅱ添加气相法SiO2

   　　熔结环氧粉末中加入气相法二氧化硅后，由于气相法二氧化硅有很好的触变性，在粉末熔融流平的过程中，尽管涂层较厚，且一次成膜，但并没有出现流挂现象。

   　　另外，由于气相法二氧化硅的比表面积很大，能很好的吸收粉末生产过程中产生的湿气,保证了产品的干燥性。同时，气相法二氧化硅结构上含有憎水基，在储存过程中，能效地抑制粉末吸收空气中的潮气，防止粉末结团（或结块），从而保证了粉末在涂敷施工过程中有很好的流动性能，不易造成喷粉系统管路及喷枪的堵塞。总之，气相法二氧化硅的加入，提高了熔结环氧粉末的储存稳定性及其涂敷施工性能。

3. 其他助剂对涂层性能的影响

　　为了改善熔结环氧涂层的综合性能或更加突出某一方面的特殊要求，在熔结环氧粉末涂料中，还要加入适量的其他助剂，如流平剂、固化促进剂、增韧剂等。对管道防腐用的熔结环氧粉末涂料，由于涂膜较厚（350～450μm），而且常在230～240℃/3nim的条件下固化，因此，为了改善粉末在厚涂情况下的脆性，配方中一般都要加入1～10％的增韧极；为使熔结环氧粉末能实现高温快速固化，以达到高效节能以及满足施工要求的目的，配方中还要加入0.1～1.5％的固化促进剂。

结 语

　　用硅烷偶联剂处理颜填料，不仅能显著提高涂层的附着力、柔韧性以及抗冲击性等机械物理性能，而且涂层的流平性和光泽都有明显的改善。

　　加入气相法二氧化硅，能提高熔结环氧粉末的储存稳定性及其涂敷施工性能。

　　为改善熔结环氧粉末的其他涂敷施工性能及其涂层的综合性能，往往需要加入多种助剂，助剂有时甚至起到非常关键的作用。

参 考 文献:

[1] 赖广森.提高管道防腐用环氧粉末涂料机械物理性能的技术初探.涂料工业,1995,（6）:16-19

[2] 钱逢麟、竺玉书主编，《涂料助剂》，化学工业出版社，1990