摘要:采用線型酚醛環(huán)氧樹脂（ENR)環(huán)氧樹脂E - 12、固化劑JECP -02B制備了輸油管線用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂 料?？疾炝司€型酚醛環(huán)氧樹脂與環(huán)氧樹脂E-12質(zhì)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?qū)袒袨榈挠绊懀眉t外光譜分析了固化前后樹脂的變化，m( ENR)/m( E -12) =(75/25) ~(25/75)、m(固化劑）/m(環(huán)氧樹脂）=1/4、m(流平劑）/m(環(huán)氧樹脂）=2/100、m( 2-甲基咪 唑)/m(環(huán)氧樹脂）=(0.1 ~0.15)/100時，涂層性能達(dá)到輸油管線防腐指標(biāo)（SY/T 0315 -97 )。長慶化工有限 責(zé)任公司用該技術(shù)擴大生產(chǎn)約10t環(huán)氧粉末涂料，用于長慶油田輸油管線的防腐，產(chǎn)品滿足了 1.5min/230 C快 速固化的施工要求。 關(guān)鍵詞:粉末涂料;熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料;輸油管線涂料
中圖分類號:TQ630.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號：1003 -5214(2006)09 -0926 -05
熔結(jié)環(huán)氧（FBE)粉末涂料是一種以粉末形態(tài)噴 涂并熔融成膜的新型涂料，無VOC污染、涂覆方便、 固化速度快、性能優(yōu)異。FBE粉末涂料優(yōu)良的機械 性能、耐化學(xué)腐蝕性能以及良好的施工性能，使其在 管路防腐中得到了廣泛應(yīng)用[13]。
1959年FBE粉末涂料起源于美國，國外生產(chǎn)環(huán) 氧粉末涂料的代表是美國3M公司，目前已研制和 生產(chǎn)6個系列數(shù)十種產(chǎn)品。我國于20世紀(jì)80年代 末開始引進和消化FBE粉末涂料技術(shù),并在一些大 型管道工程中得到應(yīng)用[4’5]。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的
飛速發(fā)展，埋地管道重防腐粉末涂料的需求量越來 越大，質(zhì)量要求也越來越高。環(huán)氧粉末涂料需要具 有良好的施工工藝性（即高溫快速固化性能）、耐 磨、耐腐蝕、耐冷熱沖擊性能和長期穩(wěn)定性能。而國 內(nèi)長期沿用的環(huán)氧雙氰胺粉末涂料，無論施工工藝 性還是可靠性都難以滿足這一要求。防腐粉末涂裝 廠不得不從國外進口環(huán)氧粉末進行涂裝，如庫鄯輸 油管線采用的是美國O'BRIEN公司生產(chǎn)的NAP -GARD No 7 -2501熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料[6’7]。因此， 開發(fā)輸油管線重防腐用新型環(huán)氧粉末涂料具有顯著 的經(jīng)濟效益和社會效益。
本文采用線型酚醛環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂E -12、 固化劑JECP -02B等制備的輸油管線用FBE粉末 涂料，具有固化速度快、機械性能優(yōu)良的特點，防腐 性能與3M公司的Scotchrote 206進行了對比，性能 相當(dāng)，其他性能符合SY/T 0315—97指標(biāo)要求。
1 FBE粉末涂料的原料、設(shè)備和制備工藝 1.1 原料
FBE粉末涂料的主要原料:線型酚醛環(huán)氧樹脂， 環(huán)氧樹脂E -12，固化劑JECP -02B，安息香，2-甲 基咪唑，流平劑GLP588，鈦白粉，沉淀硫酸鋇，輕質(zhì) 碳酸鈣等,均為工業(yè)品。
1.2生產(chǎn)設(shè)備
FBE粉末涂料的主要生產(chǎn)設(shè)備有GHJ高速混 合機，SFJ雙螺桿擠出機，JFM風(fēng)冷履帶式壓片破碎 機,MF立式磨粉機（ACM磨）等。
1.3 生產(chǎn)工藝
將線型酚醛環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂E -12、固化 劑、流平劑高速混合1 ~2 min，然后加入安息香、2-甲基咪唑、中鉻黃、酞菁藍(lán)、鈦白粉、沉淀硫酸鋇等混 合3 ~5 min;混合物料采用雙螺桿擠出機熔融擠出， 加料段溫度80 ~92 C ’熔融段溫度95 ~ 105 C ’混 煉段溫度110 ~ 120 C ’出料段溫度100 ~110 C ;物 料平均滯留時間不超過60 s;熔融物料經(jīng)壓片機壓 為厚度2 mm的薄片，冷卻破碎送入7 000 r/min的 磨粉機中粉碎分級，經(jīng)旋風(fēng)分離、篩分得到產(chǎn)品，粒 度控制：150 !m篩上粉末忘3% , 250 !m篩上粉末 S0. 2%。
2結(jié)果與討論
2. 1環(huán)氧樹脂的影響
環(huán)氧粉末涂料用樹脂有雙酚A型樹脂、線型酚 醛環(huán)氧樹脂和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂等類型。線型酚醛環(huán) 氧樹脂分子中既有雙酚A酚醛成分又有苯酚酚醛 成分，分子中存在多個環(huán)氧基團，具有交聯(lián)度高、涂 膜硬度高、耐磨性好、防腐效果好的特點，形成的涂 膜表面平整、光澤，但存在軟化點偏高（95 ~ 105 C )、涂層較脆、固化位阻大、交聯(lián)速度慢的缺點，而 且由于酚醛結(jié)構(gòu)的引入使涂層泛黃性較大，因此，需 要與其他環(huán)氧樹脂配合使用。E -12是典型的粉末 涂料用樹脂，軟化點85 ~95 C，色澤淺，熔融黏度 低，流平性比較理想。表1是線型酚醛環(huán)氧樹脂與 環(huán)氧樹脂E-12不同質(zhì)量比對涂膜性能的影響。
表1線型酚醛環(huán)氧樹脂與環(huán)氧樹脂E -12不同質(zhì)量比[!( ENR)/!( E-12)]對涂膜性能的影響" Table 1 Influence of m( ENR)/m( E -12 ) on performance parameters of FBE coatings
m( ENR)/m( E-12)
100/0 75/25 50/50 25/75 0/100
涂膜外觀 平整光滑 平整 平整 平整 平整，有少許質(zhì)點 目測
柔韌性/mm 3 2 1 1 1 GB/T1731—1993
沖擊強度/( kg*cm) 30 30 30 50 50 GB/T1732—1993
硬度/H 3 3 3 3 2 GB/T6739—1996
附著力（劃格法） 3 1 1 1 1 GB/T9286—1998
①FBE粉末涂料的配方（以環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)100計）為:m(環(huán)氧樹脂）m(固化劑）m( 2-甲基咪唑）m(流平劑）m(安息香）m(鈦白 粉）m(沉淀硫酸鋇）m(酞菁藍(lán)）m(中鉻黃）=100:25:0. 1:2:0.5:5:70:0.2:0.8。
從表 1 可以看出，m( ENR)/m( E-12) = (75/ 25) ~ (25/75)涂層的機械性能能夠滿足要求。
圖1是線型酚醛環(huán)氧粉末涂料固化前后（180 C，5 min)的紅外光譜。其中，3 387.4 cm-1為線型 酚醛環(huán)氧樹脂中一OH伸縮振動峰，3 430.9 cm-1為 環(huán)氧開環(huán)后未參與交聯(lián)的一 OH (仲羥基）振動峰， 說明酚醛環(huán)氧樹脂在環(huán)氧基開環(huán)后，形成的仲羥基 位阻較大，難以形成交聯(lián)，3 035.8 cm-1為苯環(huán)或環(huán)
氧基 C—H 振動,2 963.5、922.9 cm-1 為 C—H 振 動，1 610.2、1 582.3、509.4和 1 461.2 cm-1 為苯 環(huán)骨架特征伸縮振動。從圖1可以看出，固化前后 —OH的伸縮振動位移較大，主要是因為固化前樹 脂中存在大量的酚羥基，酚羥基分子內(nèi)氫鍵的形成 使吸收出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)，固化后酚羥基減少，酚羥基 內(nèi)氫鍵密度下降，吸收向高波數(shù)移動。
1# 一固化前；# 一固化后
1#一before curing； 2#一after curing
圖1線型酚醛環(huán)氧粉末涂料固化前、后紅外光譜 Fig. 1 IR spectra of FBE coatings with epoxy novolac resin after and before curing
2.2固化劑的影響
粉末涂料常用固化劑品種很多，主要有胺類固 化劑、雙氰胺及其衍生物、芳香胺、酸酐類、咪唑類、 咪唑啉、環(huán)咪、酚羥基樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂和丙 烯酸樹脂等。本產(chǎn)品選用的固化劑JECP - 02B為 端羥基酚醛與端羥基聚醚的復(fù)合物，其性能類似于 Ciba公司的HT-3082環(huán)氧樹脂固化劑[8]，表2是 固化劑用量對水平流動性和涂料性能的影響。
表2固化劑用量對涂料性能的影響®
Table 2 Effect of m ( curing agent)/m ( epoxy resin ) on performance parameters of FBE coatings
m(固化劑)/m(環(huán)氧樹脂） 1/5 1/4 1/3 檢測方法
涂膜外觀 平整 平整 平整 目測
水平流動性/mm 24.0 22.0 19.5 GB/T6554—1986
柔韌性/mm 2 1 1 GB/T1731—1993
沖擊強度/(kg'cm) 30 50 30 GB/T1732—1993
高，機械性能提高，但水平流動性降低，涂層裝飾性 變差，且成本也隨之上升，綜合成本和性能因素，選 擇m(固化劑)/m(環(huán)氧樹脂）=1/4。
2.3助劑的影響
助劑是粉末涂料重要的組成部分，對涂膜性能 的影響不可忽視，有時甚至起到?jīng)Q定性的作用。一 般助劑應(yīng)滿足如下條件：（1)易分散:助劑用量少， 為了充分發(fā)揮作用，應(yīng)在體系中分散均勻；（2)化學(xué) 穩(wěn)定性好:與樹脂、固化劑相容性好；（3 )無色或淺 色;（4)無毒。
2.3.1流平劑
流平劑的作用是涂膜熔融流平時，在表面形成 極薄的單分子層，以降低表面張力，克服縮孔等弊 病，選用的通用流平劑GLP588為SiO】分散型丙烯 酸酯類流平劑，其有效成分聚丙烯酸酯與分散載體 SiO2的質(zhì)量比為65/35，對涂膜外觀的影響見表3。
表3流平劑用量對涂膜外觀的影響®
Table 3 Effect of content of flow agent on appearance of the coating
m(流平劑)/m(環(huán)氧樹脂） 檢測方法
1/100 2/100 3/100
涂膜外觀 平整，少許縮孔 平整 平整 目測
水平流動性/mm 20.0 22.5 24.0 GB/T6554—1986
60 °光澤/% 80 85 85 GB/T9754—1988
①其他組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)100計）為:m(環(huán)氧樹脂) ：m(固化劑）m(2-甲基咪唑）:m(安息香）:m(鈦白粉）=100:25:0. 1:0.5:5。
從表3可以看出，m(流平劑)/m(環(huán)氧樹脂）在 2/100以上時,涂膜平整光滑,考慮到目標(biāo)產(chǎn)品的防 腐性能要求較高，流平劑量選擇下限m(流平劑）/m (環(huán)氧樹脂）=2/100。
2.3.2固化促進劑
2-甲基咪唑是環(huán)氧粉末涂料常用的固化促進劑， 其用量對固化程度的影響非常明顯，表4為2-甲基咪 唑用量對涂料性能的影響。重防腐體系中m(2-甲基
①其他組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)100計）為:m(環(huán)氧樹脂）咪唑）/m(環(huán)氧樹脂）>0. 2%時，流平性明顯變差，膠 :m(2-甲基咪唑):m(流平劑):m(安息香):m(鈦白粉）=100:0. 1:2:0. 5:5。 化時間短，涂膜表觀狀態(tài)變差，因此，選擇m( 2-甲基
咪唑)/m(環(huán)氧樹脂)=(0.1 ~0.15)/100。
表2表明，隨著固化劑用量的提高，固化速度提
表4 2-甲基咪唑用量對涂料性能的影響①
Table 4 Effect of content of 2 -methylimidazole on performance parameters of FBE coatings
m(2-甲基咪唑）/m(環(huán)氧樹脂） 檢測方法
0/100 0.1/100 0.15/100 0.2/100 0.3/100 0.4/100
涂膜外觀 平整 平整 平整 桔皮 桔皮 桔皮 目測
水平流動性/mm 25.0 24.0 22.0 19.0 17.0 17.0 GB/T6554—1986
膠化時間（180 C )/s 62 52 48 36 33 28 GB/T6554—1986
①其他組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)100計）為:m(環(huán)氧樹脂）:m(固化劑）:m(流平劑）:m(安息香）m(鈦白粉）=100:25:2:0.5:5。
