摘要：近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)閥門(mén)產(chǎn)品也在向高技術(shù)含量、高標(biāo)準(zhǔn)、耐強(qiáng)腐蝕、高壽命方向發(fā)展，這對(duì)閥門(mén)的涂層及涂裝技術(shù)提出了更高的要求。文章結(jié)合閥門(mén)使用環(huán)境和特點(diǎn)，就如何采用新型固化劑，優(yōu)選環(huán)氧樹(shù)脂輔助填料、助劑等進(jìn)行閥門(mén)粉末涂料的設(shè)計(jì)；應(yīng)用中如何與涂裝工藝配合，滿足涂敷閥門(mén)的高標(biāo)準(zhǔn)要求等方面進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。

1 前言

閥門(mén)是石油、天然氣、化工、電站、長(zhǎng)輸管線、造船、核工業(yè)、化學(xué)工程、航天以及海洋石油等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)不可缺少的流體控制設(shè)備部件。所用閥門(mén)和管道配件得主要材料為鑄鐵，但鑄鐵不耐腐蝕，單一材質(zhì)不能滿足使用要求，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐繉犹幚?，因此需要?duì)鑄鐵閥門(mén)的涂層深入研究，以便正確選用涂層材料與涂裝工藝。鑄鐵閥門(mén)材質(zhì)包括灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等，其中球墨鑄鐵閥門(mén)在水系統(tǒng)中的使用越來(lái)越廣泛，閥門(mén)的損壞和更換源于主體銹蝕。閥門(mén)內(nèi)腔與介質(zhì)接觸，銹蝕極為嚴(yán)重，銹蝕后的閥門(mén)通徑變小，流阻增大，嚴(yán)重影響介質(zhì)傳輸。閥門(mén)大多安裝在地面或地下，外表與潮濕的空氣接觸極易發(fā)生銹蝕，因此閥門(mén)主體材料必須進(jìn)行腐蝕防護(hù)，以延長(zhǎng)使用壽命。另外，鑄鐵閥門(mén)直接與水接觸，銹蝕將對(duì)水體產(chǎn)生二次污染。因此，閥門(mén)涂層的性能要求以功能性防護(hù)為主，裝飾性為輔。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了閥門(mén)工業(yè)的進(jìn)步，粉末涂料與涂裝行業(yè)必須充分了解閥門(mén)產(chǎn)品，關(guān)注對(duì)客戶的產(chǎn)品服務(wù)，才能把與之配套的粉末涂料與涂裝工作做得更好。

2 問(wèn)題的提出

—   如何確定閥門(mén)粉末涂料體系？是環(huán)氧聚酯型，還是純環(huán)氧、純聚酯型，或是環(huán)氧防腐型？

—   閥門(mén)在安裝、使用、維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中難免磕碰，閥門(mén)粉末涂料的機(jī)械性能(抗沖擊性)要好。那么如何提高閥門(mén)粉末涂層的抗沖擊性？

—   部分閥門(mén)要求外觀顏色鮮艷(如艷紅)，維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中要求涂層具有耐有機(jī)溶劑(如丙酮)擦拭性。為保證涂層外觀艷麗涂料的耐高溫黃變性一定要好，那么如何提高粉末涂層的抗黃變性及耐有機(jī)溶劑擦拭性？

—   如何確定閥門(mén)粉末涂料配方與涂裝工藝的配套性？

—   粉末涂層缺欠如何應(yīng)對(duì)？

3 試驗(yàn)原料的選擇與配方設(shè)計(jì)

3.1 涂料體系的確定

按照ISO 12944-2劃分標(biāo)準(zhǔn)，大部分工業(yè)閥門(mén)的安裝使用環(huán)境屬于C3、C4、C5-1和C5-M環(huán)境。C3環(huán)境指中等二氧化硫污染區(qū)或低鹽度的沿海地區(qū)，如食品加工廠、洗衣店、釀酒廠、奶制品生產(chǎn)廠的大氣環(huán)境。C4環(huán)境為工業(yè)區(qū)域和中等鹽度的沿海地區(qū)，如化工廠、游泳池、沿海船舶和船廠的大氣環(huán)境。C5-1環(huán)境是非常高工業(yè)化和高濕度的地區(qū)，如高污染的建筑或工業(yè)區(qū)域。C5-M環(huán)境是指沿海和近海地區(qū)高鹽分的海邊或海面上的大氣環(huán)境。上述分析充分說(shuō)明閥門(mén)用粉末涂料體系應(yīng)為防腐體系。

3.2 環(huán)氧樹(shù)脂的選擇

閥門(mén)在搬運(yùn)、安裝、使用過(guò)程中的機(jī)械損傷比較嚴(yán)重，所用粉末涂層的抗沖擊性應(yīng)當(dāng)非常好，因此宜選用雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂；雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂的醚鍵和C-C鍵使大分子具有柔順性，苯環(huán)賦予聚合物耐熱性和剛性，異丙基賦予高分子材料一定的剛性。雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂904H具有柔韌性的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，環(huán)氧值0.109mol/100g，軟化點(diǎn)100℃，賦予粉末涂層良好的抗沖擊性。

3.3 固化劑的選擇

環(huán)氧樹(shù)脂本身是一種熱塑性物質(zhì)，需要在一定條件下與固化劑通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)，才能形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的熱固性產(chǎn)物，從而顯現(xiàn)出各種優(yōu)良的應(yīng)用性能，真正成為具有使用價(jià)值的環(huán)氧材料。因此固化劑在環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)用中必不可少，甚至發(fā)揮著決定性作用。我們可根據(jù)表1固化劑的典型技術(shù)指標(biāo)合理選擇。

表1 典型的環(huán)氧樹(shù)脂固化劑技術(shù)指標(biāo)

(*：不僅限)

3.4 填料的選擇

填料可提高粉末涂料的機(jī)械強(qiáng)度和其它保護(hù)性能。閥門(mén)粉末涂料用填料應(yīng)具備下列性能：(1)不溶于水和有機(jī)溶劑，有很好的分散性，無(wú)色或白色，不含雜質(zhì)的超細(xì)粉粒；(2)耐酸、耐堿、耐候等性能均好；(3)成本低，但對(duì)涂膜性能無(wú)不利影響。常用填料包括硫酸鋇、輕質(zhì)碳酸鈣、白炭黑、石英粉、硅灰石等。

3.5 顏料的選擇

粉末涂料必須加熱才能固化成膜，因此在選擇顏料時(shí)需要考慮耐熱穩(wěn)定性。重防腐粉末涂料常用的顏料有：氧化鐵紅、淡鉻黃、棕鉻黃、炭黑、金紅石型鈦白、酞菁藍(lán)、酞菁綠等。

3.6 助劑的選擇

粉末涂料助劑包括流平劑、邊角覆蓋性改進(jìn)劑、花紋助劑、抗劃傷劑、增硬劑、促進(jìn)劑、紫外光吸收劑、防針孔劑和粉末疏松劑等。

—   脫氣劑：主要是安息香，為白色或淺黃色無(wú)味晶體，熔點(diǎn)137℃，沸點(diǎn)344℃，微溶于水和乙醚，溶于熱丙酮和熱乙醇，是粉末涂料最常用的脫氣劑。

—   增韌劑：是指能增加膠黏劑膜層柔韌性的物質(zhì)，如熱塑性高分子化合物聚乙烯醇縮丁醛。

—   流平劑：如PV88等。

—   促進(jìn)劑： 可選用醫(yī)藥級(jí)2-甲基咪唑等。

—   抗劃傷劑、增硬劑：主要是微晶蠟類。

—   粉末疏松劑：如氣相法二氧化硅、氧化鋁C等。

3.7 配方設(shè)計(jì)與涂裝工藝

為了通過(guò)應(yīng)用試驗(yàn)使閥門(mén)粉末涂料與涂裝工藝要求相配套，本研究的試驗(yàn)材料選用如下：雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂904H(廣州宏昌電子材料公司)；專用固化劑為Amanda 969B、Amanda 989C和自制的Amanda 959-1、Amanda 959-1W；其中Amanda 989C分子結(jié)構(gòu)中引入了部分多官能度活性組分與柔韌性長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，自制固化劑與普通雙酚A型或酚醛改性的環(huán)氧樹(shù)脂有極好的混溶性，反應(yīng)活性極高，可快速固化；顏料、填料和助劑等均選用同一生產(chǎn)批號(hào)的材料。試驗(yàn)配方設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)配方設(shè)計(jì)

注：  1-904H，環(huán)氧當(dāng)量0.10~0.12當(dāng)量/100g；2-鈦白粉為902；3-Amanda T70101；4-Amanda100，粒徑20~40nm。

4 試驗(yàn)條件與方法

本研究中重防腐粉末涂料的制備、涂層制備以及涂料與涂層性能檢測(cè)所用設(shè)備見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)研究所用的儀器設(shè)備

4.1 重防腐粉末涂料制備

將環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、顏填料及助劑在高速混合機(jī)中充分混合均勻(混合兩次，3min/次)，然后用螺桿擠出機(jī)熔融擠出，擠出機(jī)1區(qū)溫度100~105℃，2區(qū)溫度85~90℃，轉(zhuǎn)速300r/min。擠出片料在ACM磨粉機(jī)中粉碎，用100目篩分級(jí)得到粒度符合要求的粉末涂料。

4.2 涂層制備與性能檢驗(yàn)

按檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求將待檢測(cè)樣板底材(標(biāo)準(zhǔn)鐵板100×100×6mm)進(jìn)行噴砂除銹處理，預(yù)熱，用靜電噴槍將待測(cè)粉末涂料噴涂在樣板表面至規(guī)定膜厚(250~450μm)，固化，水冷后待檢測(cè)。

根據(jù)EN 14901-2006要求，涂膜性能測(cè)試包括耐沖擊性、耐壓痕性、孔隙率、熱老化性、耐腐蝕性、耐摩擦性和安全性等。型式檢驗(yàn)一般在選擇涂層材料、或工藝參數(shù)發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行，正常生產(chǎn)中一般不需測(cè)試。

粉末涂料的常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目包括膠化時(shí)間、密度、粒度分布、磁性物含量、附著力、流平性、耐有機(jī)溶劑擦拭性、耐高溫黃變性、抗沖擊性等，按表2配方制成的涂料性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 閥門(mén)粉末涂料的性能測(cè)試結(jié)果

注：1-噴涂厚度250~450μm；2-直徑16mm的球形沖頭，1kg落錘，室溫；3-依據(jù)EN ISO 4624要求進(jìn)行剝離測(cè)試，平均值≥8MPa，最小單值≥6MPa；4-目測(cè)無(wú)橘皮、平整；5-目測(cè)應(yīng)光滑，顏色一致，無(wú)氣孔、氣泡、漏噴等缺陷；6-采用膜厚儀測(cè)量，涂層平均厚度≥250μm；7-將甲基異丁基酮(MIBK)滴在噴涂表面，然后用白布反復(fù)擦拭，觀察表面變色、失光和/或污損情況。

4.3常見(jiàn)問(wèn)題

表5 閥門(mén)粉末噴涂工藝中常見(jiàn)的涂膜弊病及解決方案

5 結(jié)論

（2）Amanda 989C固化劑較好地解決了閥門(mén)粉末涂層的抗沖擊性，可以滿足閥門(mén)重防腐環(huán)氧粉末涂料的新要求。在固化劑研制過(guò)程中，我們根據(jù)不同涂裝作業(yè)方式與涂膜性能要求開(kāi)發(fā)了系列固化劑，可滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求。

（3）環(huán)氧樹(shù)脂粉末涂層附著力強(qiáng)，表面光滑，耐沖擊、耐腐蝕、耐沖刷、耐老化，能夠滿足閥門(mén)的使用要求及水系統(tǒng)對(duì)輸配水設(shè)備的要求。在粉末選用、設(shè)備配備時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮材料、工藝和設(shè)備的匹配性。

作者:吳希革（大慶慶魯化工技術(shù)研究所）