1 概述

重防腐涂料是一種在嚴酷的條件下能夠長期有效使用的涂料，主要作用更體現(xiàn)在其功能方面。熱固性重防腐粉末涂料與普通粉末涂料對比同樣更注重于對基材的保護功能。目前市場常用為熔結型環(huán)氧粉末涂料（FusionBondedEpoxy，簡稱FBE），工件通過預熱進行粉末噴涂，快速固化后冷卻完成涂裝。該防腐涂層具有與基材具有非常好的粘結力；涂膜表面光滑，具有良好光澤；具有極強的抗?jié)B透、防腐蝕能力，涂層適應溫度區(qū)間大；表面硬度高，涂層致密性強，具有良好的抗植物根莖穿刺能力；涂膜具有優(yōu)良的抗高溫陰極剝離能力等優(yōu)異性能被廣泛應用在各類輸油、輸氣、輸水管道的內(nèi)外壁防護上。

2 FBE的防腐機理及發(fā)展方向

重防腐粉末涂料的基料是改性環(huán)氧樹脂，它的結構中含有高極性和活性的環(huán)氧基，能與金屬表面形成化學鍵且有很強的附著力，固化劑酚類物質，屬于加成固化反應，沒有小分子揮發(fā)物放出，不會形成針孔而影響涂膜防腐性，這對防腐涂料是非常重要的。

FBE粉末使用的環(huán)氧樹脂是酚醛改性環(huán)氧，即在雙酚A環(huán)氧樹脂的基礎上引入部分雙酚A酚醛環(huán)氧樹脂，這種樹脂是多官能度熱塑性酚醛環(huán)氧樹脂，反應性很強，涂膜具有優(yōu)異的耐熱性、耐化學品性及很高的玻璃化溫度和硬度，但交聯(lián)密度大，屈撓性較差，加入雙酚A環(huán)氧樹脂結合后的產(chǎn)品，既有屈撓性又可以重度防腐。

常用酚類固化劑是帶有酚羥基的線性雙酚A酚醛樹脂，線性雙酚A酚醛樹脂固化劑的結構和玻璃化溫度與雙酚A環(huán)氧樹脂相似，能與環(huán)氧樹脂很好溶合，并有很好的顏填料潤濕性。此固化劑在高溫下與環(huán)氧樹脂反應性極強，形成的涂層柔韌致密，具有良好的物理及化學性能，適合長輸管線的重度防腐。線性雙酚A酚醛樹脂是一種多官能度的固化劑，與酚醛改性環(huán)氧樹脂結合將得到非常好的抗高溫、抗化學品性。

FBE涂層長效防腐的管件是涂層表層物理性能、涂層Tg、附著力、交聯(lián)密度、孔隙率等指標，其中提高涂層交聯(lián)密度為關鍵因素。隨著涂層交聯(lián)密度的提升涂層硬度、Tg、抗?jié)B透能力與抗陰極剝離性均會有所提高，但整體柔韌性會隨之下降。如何通過環(huán)氧或固化劑的調整來提高涂層交聯(lián)密度在FBE功能進展方面會起到重要的促進作用。

3 成膜樹脂防腐性能分析

粉末涂料所用樹脂主要為醇酸聚酯、丙烯酸、聚氨酯與環(huán)氧樹脂。聚酯結構中存在酯鏈，易發(fā)生水解；丙烯酸結構中也含有酯鏈，被證實易在酸雨等環(huán)境下遭到破環(huán)。雖然新的一些技術可以使酯鏈提高一定耐水解性，但在長期破壞性實驗中表現(xiàn)依舊較差。這也就是低端防腐市場中使用大量回收粉、混合型體系所帶來的最大隱患。聚氨酯可用于防腐涂料，但價格高昂；環(huán)氧樹脂價格合理防腐性能優(yōu)良，在防腐方面得到廣泛應用。其中最常見的為雙酚A環(huán)氧。

雙酚A型環(huán)氧樹脂

從結構上側羥基賦予了與金屬底材表面良好的附著力；骨架中醚鍵賦予了優(yōu)良的耐化學性與耐堿性；結構中無酯鏈，具備良好的耐水性；高交聯(lián)密度賦予了對基材良好的屏蔽效果。除了雙酚A環(huán)氧，在防腐粉末涂料中還常用線性酚醛改性環(huán)氧與雙酚F型環(huán)氧。

線性酚醛改性環(huán)氧樹脂

雙酚F型環(huán)氧樹脂

從分子結構上看，線性酚醛改性環(huán)氧同雙酚A型環(huán)氧與雙酚F環(huán)氧相比，單位摩爾物質中含有更多數(shù)目的環(huán)氧基團與芳香環(huán)，固化后交聯(lián)結構更為致密，具有更優(yōu)良的防腐性能，但同時也存在脆性這一缺陷，一般很少在粉末涂料中單獨使用，以達到優(yōu)良的防腐性能與力學性能。雙酚F型環(huán)氧主要為改善涂料的流平性，也可同雙酚A型環(huán)氧混合使用。同時，酚醛改性環(huán)氧活性強，Tg低會導致粉末涂料自身Tg過低而提高儲存與運輸條件，從而降低其使用與推廣。

4 固化劑防腐性能分析

固化劑對粉末涂料性能與工藝有很重要的影響。早期重防腐粉末涂料固化劑選擇雙氰胺，由于其分子量小，放熱量大，涂層內(nèi)應力大，脆性大等方面特點，目前已很少采用。高熔點芳香胺固化劑性能上可適應防腐涂層需求，但因其具有一定毒性，同時分子量小，官能度太高，涂層韌性不夠等缺陷基本無人使用。

2-甲基咪唑 

2,4-二甲基咪唑

咪唑類固化劑是一種常見的環(huán)氧固化劑。從分子結構上分子結構簡單，活性基團單一，很難形成延長線性結構分子，導致固化后所成涂層脆性太大。但基團-NH活性極強，在120-130℃即可與環(huán)氧發(fā)生反應，所以在防腐產(chǎn)品中多作為固化促進劑使用。為了控制高活性反應所帶來的黃變，也可以是使用活性低一些的2,4-二甲基咪唑或咪唑啉等產(chǎn)品進行替代，但加量會略有上升。

目前，行業(yè)內(nèi)常用防腐固化劑為端羥基大分子聚合物型固化劑，如酚類與環(huán)氧化合物的共聚物、線性酚醛樹脂等。這種大分子固化劑與環(huán)氧樹脂具有相似結構，與體系樹脂互溶度更好，同時，固化后涂層具有較好的柔韌性。但需要注意的是反應后期，體系粘度隨反應完成率提高而上升，由于反應活性基團的卷曲包裹，使反應無法持續(xù)進行導致的反應完成率不高。為避免此類現(xiàn)象發(fā)生往往需要加入一些酚羥基化合物與催化劑來提高反應速度。

縮水甘油封端雙酚A環(huán)氧氯丙烷共聚物

端羥基酚醛改性固化劑也可以看作酚醛基樹脂的一種，為控制羥基的反應活性，用丙烯基或丁基進行醚化，最終固化劑端的酚羥基與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基反應成膜。結構中的側羥基確保體系與地材的附著力。結構與環(huán)氧樹脂更為相近確保體系的相容性，同時減小成膜后分子間應力釋放的幅度。大量的苯環(huán)結構提高涂層體積電阻率，充分提高涂層抗陰極剝離能力。線性結構在一定程度上提供涂層優(yōu)良的柔韌性。

適當引入一些小分子酚羥基固化劑可有效提高反應速度與反應完成率。此類固化劑活性較端羥基酚醛改性固化劑更強，分子結構上電器絕緣性也更強。所以，此類固化劑的使用會使涂層熱特性與抗陰極剝離性有明顯上升。但由于分子較小，成膜后脆性大，無法進行單獨使用。

綜合幾種固化劑的特點，以端羥基酚醛改性固化劑為主，可以使最終涂層得到更為良好的機械性能與附著力。且反應相對柔和可控，工藝適應能力強。在熱特性與抗陰極剝離方面加入一定比例的酚羥基固化劑可有效得到提高。具體配比應與實際需求與檢測數(shù)據(jù)為準。

5 酚類固化劑用量對防腐涂層性能的影響

前文所介紹酚類固化劑均有各自特點，在應用中進行組合搭配可得出不同的指標效果。以表4-1中配方為例。

對比配方中隨著酚類固化劑的增加會使焦化時間縮短，為性能數(shù)據(jù)對比更為平衡酌情對二甲基咪唑進行減量。同時，隨著支鏈結構的增加，勢必會大幅提升體系交聯(lián)密度，從而提高涂層抗?jié)B透能力。各配方所對應涂層性能指標如表4-2所示。

使用酚類固化劑進行配方的調節(jié)相較于使用環(huán)氧調整的優(yōu)勢在于涂料自身Tg點不是很低，反應程度也更容易控制，方便產(chǎn)品的儲存與使用。根據(jù)測試數(shù)據(jù)不難看出隨著支鏈體系的加入涂層交聯(lián)密度與Tg點都有明顯上升，但整體脆性提高。根據(jù)防腐涂層最終使用的不同要求可以對所使用固化劑進行相應調整以達到性能最優(yōu)。但熱特性中△H值會根據(jù)貯存時間的增加有明顯的衰變，最多可衰變10-15J/g。在生產(chǎn)有熱特性需求的產(chǎn)品時△H值應控制高于標準值10以上。

6 總結

重防腐粉末涂料主要應用于管道輸油、輸氣、輸水方面的內(nèi)外壁防腐蝕涂裝。在不同環(huán)境下防腐蝕需求存在一定差異且側重點不同。在防腐涂料配方設計過程中應更多的考慮不同成膜物間的合理搭配。在確保體系互溶度的前提下保證所需指標合格。環(huán)氧與固化劑組成應更多考慮實際環(huán)境與工藝需求完成配比設計。