超耐水高Tg2环氧粉末涂料的分析研究

慧正资讯：随着环保意识的日益增长，我国对VOC的排放管控愈发严格。粉末涂料以其绿色环保、零VOC等优点将会不断取代液体涂料，在涂料行业占有举足轻重的地位。 环氧型、环氧/聚酯型和聚酯型粉末涂料由于其性能优异、价格便宜在粉末涂料行业中占有绝大部分市场。 其中，聚酯树脂中含有酯键容易水解，因此其耐水性和耐化学性能极差，不适用于重防腐领域。 环氧树脂具有优异的耐水性、耐化学性和优良的机械性，是重防腐粉末涂料的主要原料。 随着重防腐粉末涂料技术的不断成熟和完善，客户对粉末涂料的各项性能指标有了更加严格的要求，适用环境也更加苛刻。因此，高性能粉末涂料的研发和推广势在必行。 普通环氧粉末涂料的玻璃化温度Tg2一般低于110℃。根据标准SY/T0315-2013中规定涂层玻璃化温度Tg2应大于最高使用温度+40℃，普通环氧粉末涂料只能适用于操作温度不高于70℃的环境中； 超出此温度，环氧涂层的各项机械性能和防腐性能降低，腐蚀介质更容易渗透入涂层与基材界面，使涂层附着力降低、涂层起泡，进而丧失防腐性能。 本文旨在研发一种超耐水高Tg2环氧粉末涂料，其涂层玻璃化温度Tg2可达150℃，根据标准SY/T0315-2013，可适用于操作温度高达110℃的环境中，并且其耐水性能优异； 在160℃的蒸馏水中浸泡213d，根据标准CJ/T120-2016撬剥涂层，附着力仍为1级。因而，相比普通环氧粉末涂料，本文制得的超耐水高Tg2环氧粉末涂料极大地提高了涂层的适用温度和使用寿命，可应用于环境更加苛刻的重防腐领域。  原材料 环氧树脂A、环氧树脂B、环氧树脂c、固化剂A、固化剂B、流平剂、钛白粉、炭黑、轻质碳酸钙（简称轻钙）、硅灰石、硅微粉等。 实验设备 平行双螺杆挤出机、磨机、天平、高温水实验仪、压扁实验仪、差示扫描量热仪（DSC）、冲击试验仪。 实验工艺 按照相应的配方工艺，分别称量原材料，预混合，用平行双螺杆挤出机挤出（一区温度为75~85℃，二区温度为105~115℃），冷却压片，粉碎过160目筛，制得环氧粉末涂料。 钢管抛丸预处理后，将钢管在烘箱中预热到150、160℃，将制得环氧粉末涂料用静电喷涂工艺喷涂于预热后的钢管上，再放入180℃的烘箱中15min（后固化180℃/15min)，制得环氧涂层样品，涂层厚度为300~400μm。 性能检测 对制得环氧粉末及其涂层样品进行以下性能检差示扫描量热仪（DSC）测试：按照标准GB/T 23257-2017《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》进行检测； 冲击测试：5J，按照CJ/T120·2016《给水涂塑复合钢管》进行检测； 压扁测试：按照CJ/T 120-2016《给水涂塑复合钢管》进行检测； 水煮附着力：水温为160℃，蒸馏水，测试方法根据CJ/T 120-2016《给水涂塑复合钢管》进行。 结果与讨论 环氧树脂及固化剂的选择 实验选择环氧树脂A、B、C三种和固化剂A、B，其中环氧树脂A的环氧当量为800、820g/eq、软化点99~101℃，环氧树脂B的环氧当量为390~410g/eq、软化点99~101℃，环氧树脂C的环氧当量为390~410g/eq，软化点为94~96℃； 固化剂A的羟基当量为175~181g/eq、软化点84℃，固化剂B的羟基当量为45~46g/eq、软化点为80℃，环氧粉末配方及其涂层性能检测结果如表1、表2和图1所示。 从表1和表2中可以看出，环氧树脂的环氧当量越小和固化剂的羟基当量越小，制得涂层的玻璃化温度Tg2越高。 这是因为环氧当量和羟基当量越小，表明环氧树脂的反应基团环氧基和固化剂的反应基团羟基越多，交联密度增大。 因此，制得涂层玻璃化温度Tg2越高。配方3涂层玻璃化温度Tg2明显高于配方2，配方6涂层玻璃化温度Tg2明显高于配方5，这表明环氧树脂c中的其他活性基团（如：羟基等）高于环氧树脂B，使得配方3和配方6交联密度更大，从而获得更高的玻璃化温度。 由表2可知，在分子基团相近的情况下，涂层水煮附着力与涂层玻璃化温度Tg2呈正相关。 配方4机械性能不通过的原因可能是固化剂含量太少，只占环氧树脂A的4.5％，导致固化剂与环氧树脂不能完全混溶，涂层固化不完全、固化程度不均一，从而影响涂层机械性能。 配方5和配方6的涂层玻璃化温度Tg2明显高于其他配方，且水煮附着力性能明显优于其他配方。 其中配方6的各项性能最佳，其玻璃化温度Tg2高达150℃左右，可应用于操作温度较高的环境中； 在160℃的水中浸泡213d，涂层表面无明显变化，根据标准CJ/T管120-2016的水煮附着力检测方法，用小刀撬剥附着力仍为1级，水煮性能明显优于普通环氧粉末，可应用于更加苛刻的防腐环境中。 填料的选择 填料作为粉末涂料的主要成分在粉末涂料配方中含量一般为30％左右，因此，填料的选取对粉末涂料各项性能有至关重要的作用。 本文主要对轻钙、硅灰石和硅微粉进行了研究对比，如表3、4所示。填料为轻钙粉末涂料配方7的涂层性能明显差于填料为硅灰石和硅微粉粉末涂料配方6和配方8。 这主要原因是轻钙的主要成分是碳酸钙（CaC03），碳酸钙具有一定的吸潮能力。在水煮过程中，轻钙会一定程度的吸收水分，使水分更容易渗透到涂层与钢管界面，从而使涂层起泡失去附着力，进而从钢管上脱落失去防腐能力。 从表3和表4中可以看出，配方6和配方8的耐水煮性能接近，说明硅灰石和硅微粉对水的吸潮性能接近。 结语 环氧树脂粉末涂层机械性能优异，与基材附着力好，防腐性高，能满足防腐性能的各项要求。 环氧树脂C和固化剂B制得涂层玻璃化温度Tg高达150℃，可用于操作温度较高的环境中。 填料对环氧涂层的耐水煮性能有明显的影响，轻钙具有一定的吸潮能力，严重影响涂层的耐水煮性能。 在本文中，环氧树脂C、固化剂B和填料为硅灰石或硅微粉制得环氧粉末涂层各项机械性能优良，具有最高玻璃化温度Tg，高达150℃左右，可用于高温操作环境。并且具有最佳耐水煮性能，在160℃蒸馏水中浸泡213d，涂层附着力仍为1级，极大地提高了涂层的适用温度和使用寿命，可应用于环境更加苛刻的重防腐领域。