粉末涂料不同环氧体系对涂层防腐的影响

粉末涂料不同环氧体系对涂层防腐的影响

腐蚀问题一直以来困扰着涂料行业，本文重点着眼于粉末涂料配方体系中对防腐影响的一些因素，当然大气环境与基材在很大程度上也会影响着涂层的腐蚀性能。与其他化学体系相比，环氧树脂由于其独特的化学结构赋予。其优异的耐化学性和耐水性以及与基材的附着力。所以在防腐领域，环氧树脂占大多数。文中对不同类型的环氧树脂，固化剂以及常用的防腐助剂和填料进行了分析。

1.引言

随着工业技术的快速发展，环境保护问题已经越来越受到全世界的重视。特别是在中国，政府机构声明在2015年初开始对溶剂涂料厂商征收高达4%的消费税。由于粉末涂料的VOC几乎接近于零，这对于粉末涂料厂商是个好消息，将会提供更多的发展契机与政府的大力支持。

粉末涂料已广泛应用到许多领域，诸如建筑、汽车、管道、移动通信和家用电器等。粉末涂料行业中，涂料防腐的工作与研究一直没有间断过。有关桥梁、建筑物、飞机、汽车与输气管道等腐蚀破坏的报道司空见惯。尽管在油气管道行业中已经开发出一种有效的阴极保护措施，但仍存在涂层破坏的情况。涂层破坏的影响因素很多，这可能受到包括成膜物质、颜填料、助剂、基材类型、前处理工艺、固话工艺、涂层厚度与涂层附着力在内涂料系统的影响，也可能包括温度、湿度、细菌与紫外线在内外部环境的影响。所有腐蚀影响因素间的关系如图1所示。

对于粉末涂料厂商而言，防腐性能的改善关键在于涂料本身化学组成的设计，这就需要选择合适的成膜物质、颜填料与防腐助剂。接下来这些影响因素将逐一介绍。

2.成膜物质

粉末涂料所用树脂主要为聚酯、丙烯酸、聚氨酯与环氧。聚酯结构中存在着酯基，易于在潮湿环境下水解;丙烯酸结构中也含有酯基，被证实易在酸雨环境下遭到破换;聚氨酯可用于防腐涂料，但价格高昂;价格合理与防腐性能优良的环氧树脂，则是个很好的选择，如图2所示，就以双酚A型环氧为例。

双酚A型环氧优良防腐性能的决定因素如下：

侧羟基赋予了同金属良好的附着力；

骨架中醚键赋予了优良的耐化学性与耐碱性；

结构中无酯基，具备良好的耐水性；

高交联密度赋予了对基材更良好的屏蔽效果；

除了双酚A型环氧，线性酚醛改性环氧与双酚F型也可用于防腐粉末涂料中，两者的化学结构图如图3与图4所示。

从化学结构上分析，线性酚醛改性环氧同双酚A型环氧与F型环氧相比，单位摩尔物质中含有更多数目的环氧基团与芳香环，固化后交联结构更为致密，具有更优良的防腐性能，但同时也存在脆性这一缺陷，一般很少在粉末涂料中单独使用。在重防腐粉末涂料中，线性酚醛改性环氧往往与双酚A型环氧共混使用，以达到优良的防腐性能与力学性能。粉末涂料用双酚F型环氧主要是为改善涂料的流平性，也可同双酚A型环氧共混使用。

除了化学结构，分子量也是影响环氧各项性能的重要因子，其影响情况如图5所示。同高分子量环氧相比，由于低分子量环氧含有更多数目环氧基团，固化后涂层的交联密度增大，进而涂层的硬度增加，柔韧性与冲击强度降低。低分子量环氧比高分子量环氧结构中含有较少数目的羟基，也会降低涂层与基材间的润湿性与附着力。综合环氧各项性能考虑，环氧的分子量须在一定范围内，或大或小均会影响到涂层的防腐性能。在重防腐领域中，环氧的分子当量一般在700-900g/eq，分子量分布较窄。

在固热性粉末涂料配方中，成膜物质主要由树脂与固化剂组成。粉末涂料用环氧的常见固化剂包括咪唑、胺类(双氰胺与芳香胺类)、酸酐与酚类固化剂等。其中，咪唑由于活化能低与固化反应剧烈，固化后涂层内应力大与力学性能不佳，很少单独使用，而是常常作为环氧粉末涂料的催化剂。双氰胺具有良好的综合性能与性价比，是常见的粉末涂料固化剂。几种芳香胺也可用于粉末涂料固化剂，例如Z.Wang等研究了三种芳香胺类固化剂(二氨基苯砜、间苯二胺与酚醛胺)固化涂层在浓度为10%的热硫酸溶液中的防腐性能，发现二氨基苯砜固化涂层具有更好的防腐性能。由于酸酐易产生刺激性气体，贮藏稳定性不佳，在一定程度上限制了它在粉末涂料中的应用。酚类固化剂以其低烘烤温度、快速固化与优良防腐性能的优点，成为在重腐蚀环境如油气管道领域中的首选。