CN103666203A - 一种低温快速固化环氧粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低温快速固化环氧粉末涂料，按重量比其组成为：环氧树脂45~65%，多环氧基活性交联剂1～5%，固化剂8~18%，固化促进剂0.1~0.5%，沉淀硫酸钡4~30%，云母粉4~8%，钛白粉2~5%，附着力促进剂0.5~1.0%，以及助剂。本发明的环氧粉末涂料采用高分子量双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂共混的树脂体系，经固化剂固化后，所得漆膜既有环氧树脂的附着力强，抗碱性好的优点，又具有酚醛树脂的耐水性、抗溶剂性和耐酸性优良特点，并且漆膜的耐热性良好。因此，本发明的环氧粉末涂料可适应高温强腐蚀环境，具有良好的市场应用前景。

Description

一种低温快速固化环氧粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于粉末涂料领域，具体涉及一种低温快速固化环氧粉末涂料及其制备方法。

背景技术

随着国内经济的快速发展，石油、天然气用量逐年高速增长，导致了输油、气管线的建设需求不断增大。由于天然气、石油大多集中在荒漠、极地冻土带以及海洋等极端环境区域，因此对输送管道的可靠性和经济性提出了更高的要求。为了保证管道的结构稳定性、安全性和经济性，采用高钢级管线钢（X80、X100、X120）将成为未来管线建设的发展趋势。粉末涂料是一种公认的高生产效率、优良涂膜性能、生态环保型、经济型的4E型涂料产品，其VOC排放几乎为零,环保要求更加驱使其发展迅猛，尤其是环氧粉末涂料，以其优异的防护性能，逐渐成为管线钢防腐的首要选择。然而，采用现有管道防腐技术对高钢级钢管进行涂敷处理，由于较高的涂覆温度会使钢管出现明显的应变时效硬化，使得钢管屈服强度和屈强比升高，而屈强比升高会进一步降低钢管抗变形能力，造成钢管力学性能下降，降低管线的使用稳定性和安全性。

为了克服上述不足，保证钢管的力学性能，技术人员在降低涂料的涂覆温度方面进行了大量工作，主要通过改变树脂与固化剂来实现低温固化的目的。如专利CN102464934A所公开的一种适用于低温涂敷的环氧粉末涂料，采用酚醛环氧和改性双酚A型环氧树脂共混体系，引入活性有差别的高活性反应基团，实现三级深度加成反应，增加涂层交联密度，提高了涂层的电化学抗性；具有对称双苯环结构的酚类线型低温固化剂，提高了反应活性，同时又增加了涂层的致密性和柔韧性，并通过纳米填料的添加增加了涂层的致密性和抗渗透性，实现了漆膜180℃固化，并达到一定的性能要求。但其只针对X80管线钢的防腐涂装，对于X100、X120这些对涂敷温度有更高要求的高强度钢并不适合。又如专利CN102250529A公布的一种超低温固化环氧粉末涂料，其采用双酚A型环氧树脂和有机脲类固化剂实现了130～140℃/4-8min超低温快速固化，但其只强调了涂料在低温下快速固化成膜，但对涂层的固化度并没有测定，能否满足SY / T 0315-2005 《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》要求的涂层防腐性能也未做报道。

    因此，为了适应管道建设的需要，实现节能降耗，迫切需要开发一种低温快速固化且防腐性能优异的环氧粉末涂料。

发明内容

为克服以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种低温快速固化的环氧粉末涂料，是一种适用于热敏性基材且防腐性能优异、环保节能的环氧粉末涂料，解决了市场上对粉末涂料涂装工艺既要求低温同时又要求高效的问题，所得漆膜既有环氧树脂的附着力强、抗碱性好的优点，又具有酚醛树脂的耐水性、抗溶剂性和耐酸性等特点，并且漆膜耐热性好，抗阴极剥离性能优异，具有良好的市场应用前景。

本发明的另一目的在于提供上述环氧粉末涂料的制备方法。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种低温快速固化环氧粉末涂料，按重量比其组成为：环氧树脂45~65%，多环氧基活性交联剂1～5%，固化剂8~18%，固化促进剂0.1~0.5%，沉淀硫酸钡4~30%，云母粉4~8%，钛白粉2~5%，附着力促进剂0.5~1.0%，以及助剂。  

本发明所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂的共混体系，其中双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂的重量比为(2～4)：1。

本发明所述双酚A型环氧树脂的环氧当量（EEW，g/eq）为700～1000的固态环氧，软化点为85～100℃；所述酚醛环氧树脂是酚醛树脂与环氧氯丙烷反应得到的多官能度环氧树脂，软化点为90～110℃，环氧当量为650～800。

本发明所述多环氧基活性交联剂为异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）。

本发明所述固化剂为多元胺与环氧加成物；所述固化促进剂为2-甲基咪唑或2-苯基咪唑啉。

本发明所述附着力促进剂为钛酸酯类偶联剂或硅氧烷类偶联剂。

本发明所述助剂包括流平剂、消泡剂和疏松剂；其所占重量百分比为：流平剂0.5~1%，消泡剂0.4~1%，疏松剂0.1～0.3%。

本发明所述流平剂为通用流平剂，所述消泡剂为二苯乙醇酮，所述疏松剂为气相二氧化硅。

一种低温快速固化环氧粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：(1) 按配方用量称取环氧树脂、多环氧基活性交联剂、固化剂、固化促进剂、沉淀硫酸钡、云母粉、钛白粉、附着力促进剂及助剂，在高速混炼机上预混3～5min；(2) 采用螺杆长径比为16:1，转速500r/min的双螺杆挤出机进行熔融挤出，Ⅰ区温度设定为110～120℃，Ⅱ区温度设定为90～97℃，Ⅲ区温度设定为60～70℃，温度达到设定温度后挤出机预热0.5～1h，然后将经预混的物料加入挤出机进料口，熔融挤出，然后进行冷却压片；(3) 将压片破碎后的料片加入ACM微磨粉机磨细，经粒度检测符合指标要求，即得涂料粉体。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：（1）本发明的环氧粉末涂料采用高分子量双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂共混的树脂体系，经固化剂固化后，所得漆膜既有环氧树脂的附着力强，抗碱性好的优点，又具有酚醛树脂的耐水性、抗溶剂性和耐酸性优良特点，并且漆膜的耐热性良好。因此，本发明的环氧粉末涂料可适应高温强腐蚀环境，具有良好的市场应用前景。

（2）本发明的环氧粉末涂料除了具有良好的防腐性能外，还具有低温快速固化的特点，降低涂装温度，缩短施工时间，降低涂装过程的能耗，而且提高施工效率，大大降低涂料的涂装成本。 

（3）本发明的环氧粉末涂料由于固化温度低，固化时间短，特别适用于对热敏感性基材的防腐应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但不仅限于此。

实施例1

一种低温快速固化环氧粉末涂料，按重量百分比具有如下配方：双酚A型环氧树脂30份，酚醛环氧树脂15份，异氰尿酸三缩水甘油酯1份，长链多元胺固化剂8份，二苯基咪唑啉0.1份，沉淀硫酸钡30份，云母粉8份，钛白粉5份，钛酸酯类偶联剂1份，通用流平剂1份，二苯乙醇酮0.5份，气相二氧化硅0.3份。

制备工艺如下：

(1) 按配方用量称取环氧树脂、固化剂、颜填料及助剂，在高速混炼机上预混3min。

(2) 采用螺杆长径比为16:1，转速500r/min的双螺杆挤出机进行熔融挤出，Ⅰ区温度设定为120℃，Ⅱ区温度设定为97℃，Ⅲ区温度设定为70℃，温度达到设定温度后挤出机预热0.5h，然后将经预混的物料加入挤出机进料口，熔融挤出，然后进行冷却压片。 

(3) 将压片破碎后的料片加入ACM微磨粉机磨细，经旋风分离器分离，粒度检测符合国标GBT 23257-2009 《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》要求，即得成品粉末。

实施例2

一种低温快速固化环氧粉末涂料，按重量百分比具有如下配方：双酚A型环氧树脂52份，酚醛环氧树脂13份，异氰尿酸三缩水甘油酯5份，长链多元胺固化剂18份，二苯基咪唑啉0.5份，沉淀硫酸钡4份，云母粉4份，钛白粉2份，钛酸酯类偶联剂0.5份，通用流平剂0.5份，二苯乙醇酮0.4份，气相二氧化硅0.1份。

制备工艺如下：

(1) 按配方用量称取环氧树脂、固化剂、颜填料及助剂，在高速混炼机上预混5min。

(2) 采用螺杆长径比为16:1，转速500r/min的双螺杆挤出机进行熔融挤出，Ⅰ区温度设定为110℃，Ⅱ区温度设定为90℃，Ⅲ区温度设定为60℃，温度达到设定温度后挤出机预热1h，然后将经预混的物料加入挤出机进料口，熔融挤出，然后进行冷却压片。 

(3) 将压片破碎后的料片加入ACM微磨粉机磨细，经旋风分离器分离，粒度检测符合国标GBT 23257-2009 《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》要求，即得成品粉末。

实施例3

一种低温快速固化环氧粉末涂料，按重量百分比具有如下配方：双酚A型环氧树脂45份，酚醛环氧树脂15份，异氰尿酸三缩水甘油酯3份，长链多元胺固化剂15份，二甲基咪唑0.4份，沉淀硫酸钡9份，云母粉6份，钛白粉3.8份，硅烷偶联剂0.8份，通用流平剂0.8份，二苯乙醇酮1份，气相二氧化硅0.2份。

制备工艺如下：

(1) 按配方用量称取环氧树脂、固化剂、颜填料及助剂，在高速混炼机上预混5min。

(2) 采用螺杆长径比为16:1，转速500r/min的双螺杆挤出机进行熔融挤出，Ⅰ区温度设定为115℃，Ⅱ区温度设定为95℃，Ⅲ区温度设定为65℃，温度达到设定温度后挤出机预热0.5h，然后将经预混的物料加入挤出机进料口，熔融挤出，然后进行冷却压片。 

(3) 将压片破碎后的料片加入ACM微磨粉机磨细，经旋风分离器分离，粒度检测符合国标GBT 23257-2009 《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》要求，即得成品粉末。

依据中华人民共和国石油天然气行业标准SY / T 0315-2005 《钢质管道单层熔结环氧粉末外涂层技术规范》对实施例1~3的低温快速固化环氧粉末涂料粉体及涂层进行性能测试，测试结果见表1。

表1 粉体及涂层理化性能测试结果

注：耐高低温交变实验方法（参考JG/T 25-1999）

试验条件：箱内空气的绝对湿度应不超高20g/m³水汽，升温速率3℃/min，降温速率1℃/min。

温度交变试验温变循环条件：从室温降到-40℃，保温3小时，然后升温至23℃保持0.5小时，再升温到70℃，保温3小时，降温至23℃保持0.5小时，再降到-40℃保持3小时，此为一次循环，待完成循环后观察漆膜变化。

从表1可知，本发明所提供的低温快速固化环氧粉末涂料能够实现170℃温度下3min内固化，并且在该固化条件下所得漆膜致密，具有优异的物理机械性能，抗冲击抗弯曲性能良好，附着力高，耐高低温性能优异，并具有良好的抗阴极剥离性和耐化学腐蚀性，具有良好的市场应用性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：按重量比其组成为：环氧树脂45~65%，多环氧基活性交联剂1～5%，固化剂8~18%，固化促进剂0.1~0.5%，沉淀硫酸钡4~30%，云母粉4~8%，钛白粉2~5%，附着力促进剂0.5~1.0%，以及助剂。

2.如权利要求1所述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂的共混体系，其中双酚A型环氧树脂与酚醛环氧树脂的重量比为(2～4)：1。

3.如权利要求2所述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述双酚A型环氧树脂的环氧当量（EEW，g/eq）为700～1000的固态环氧，软化点为85～100℃；所述酚醛环氧树脂是酚醛树脂与环氧氯丙烷反应得到的多官能度环氧树脂，软化点为90～110℃，环氧当量为650～800。

4.如权利要求1所述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述多环氧基活性交联剂为异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）。

5.如权利要求1所述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述固化剂为多元胺与环氧加成物；所述固化促进剂为2-甲基咪唑或2-苯基咪唑啉。

6.如权利要求1所述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述附着力促进剂为钛酸酯类偶联剂或硅氧烷类偶联剂。

7.如权利要求1所述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述助剂包括流平剂、消泡剂和疏松剂；其所占重量百分比为：流平剂0.5~1%，消泡剂0.4~1%，疏松剂0.1～0.3%。

8.如权利要求7述的低温快速固化环氧粉末涂料，其特征是：所述流平剂为通用流平剂，所述消泡剂为二苯乙醇酮，所述疏松剂为气相二氧化硅。

9.一种如权利要求1所述的低温快速固化环氧粉末涂料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：(1) 按配方用量称取环氧树脂、多环氧基活性交联剂、固化剂、固化促进剂、沉淀硫酸钡、云母粉、钛白粉、附着力促进剂及助剂，在高速混炼机上预混3～5min；

(2) 采用螺杆长径比为16:1，转速500r/min的双螺杆挤出机进行熔融挤出，Ⅰ区温度设定为110～120℃，Ⅱ区温度设定为90～97℃，Ⅲ区温度设定为60～70℃，温度达到设定温度后挤出机预热0.5～1h，然后将经预混的物料加入挤出机进料口，熔融挤出，然后进行冷却压片；

(3) 将压片破碎后的料片加入ACM微磨粉机磨细，经粒度检测符合指标要求，即得涂料粉体。