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重防腐環氧粉末涂料是一種能在嚴酷的侵蝕環境下長期有效使用的熔結型環氧粉末涂料，因為其具有優良的機械機能、抗侵蝕、耐老化機能，所以被廣泛應用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，給處于各種苛刻環境中的管線的長期低維護運行提供了可靠的保證。在對重防腐粉末涂料泛起陰極剝離的相關因素進行分析的基礎上，從改變環氧樹脂主鏈結構，進步固化物交聯密度與對金屬附著力入手，通過相應的對比試驗，合成了具有較高抗陰極剝離能力的環氧樹脂與固化劑，成功研制出新型環氧粉末涂料，解決了在較高溫度前提下長期使用過程中抗陰極剝離挫折，拓展了重防腐環氧粉末涂料在苛刻環境下的應用范圍。
1、前言
重防腐環氧粉末涂料是一種能在嚴酷的侵蝕環境下長期有效使用的熔結型環氧粉末涂料，因為其具有優良的機械機能、抗侵蝕、耐老化機能，所以被廣泛應用于陸上、水下、海底等管線的防腐涂裝，給處于各種苛刻環境中的管線的長期低維護運行提供了可靠的保證。重防腐粉末涂料與普通粉末涂料在功能上各有所側重，普通粉末涂料固然也注重對基材的保護作用，但其裝飾作用往往處于較重要的位置。重防腐粉末涂料則主要是側重于對底材的保護功能。此外，該種粉末涂料主要是用于產業涂料，批量大，出產功課要求成膜速度快，其涂裝方式往往采取加熱快速熔化與固化方式，因而在國外這類粉末涂料被稱之為熱融結環氧(fusion bonded epoxy)，簡稱fbe。
在管道防腐方式中，經常是防腐涂料層和陰極保護聯合應用，這樣可以使管道金屬結構物獲得最經濟和有效的保護。良好的涂覆層可以保護構筑物99%以上的外表面不受侵蝕，因此，地下或水下的金屬結構物通常在使用前涂覆防護涂層用以將金屬與電介質環境絕緣隔離。但因為施工過程中的運輸、安裝及補口，熱應力及泥土應力、涂層的老化及涂層微小針孔的存在，金屬結構物的外涂層總會存在一些缺陷，而這些缺陷終極將導致金屬的局部侵蝕產生。對于裸露或防腐涂層很差的地下或水下金屬構筑物，陰極保護甚至是侵蝕防護的獨一可選擇的手段，而陰極保護技術和涂層聯合應用則可以更有效防止金屬的侵蝕。一方面陰極保護可有效地防止涂層破損處產生的侵蝕，延長涂層使用壽命，另一方面涂層又可大大減少保護電流的需要量，改善保護電流分布，增大保護半徑，使陰極保護變得更為經濟有效，上述長處使重防腐粉末涂料涂層加陰極保護措施成為目前埋地管道的主要防腐措施。
固然防腐涂料層和陰極保護聯合應用有利于管道防腐，但陰極保護中的電化學反應卻易引起防腐涂層的侵蝕，特別是引起防腐涂層與金屬之間結協力的下降從而導致陰極剝離的發生，泛起涂層起泡并導致開裂，終極破壞了涂層的防腐效果。所以在防腐涂料層和陰極保護聯合應用時對防腐涂料的抗陰極剝離機能要求較高，以保證涂層與陰極保護能長期共存，共同防護管道。因為環氧樹脂分子中含有大量的羥基、醚鍵等極性基團，對金屬有極強的粘協力，故具有較強的抗陰極剝離機能。但因為常用的固體環氧樹脂多為雙酚a型長鏈樹脂，該樹脂分子只在分子兩端存在環氧基團，故與固化劑反應后的固化物交聯密度不是很高，所以在苛刻環境下的長時間抗陰極剝離的能力還不是太好，而致密度高的酚醛環氧樹脂的固化物則往往又因交聯密渡過高，固化過秤產生的內應力大、抗彎曲與沖擊性不夠好而易導致涂層開裂，不相宜做管道粉末涂料使用。
近年來跟著國家經濟建設的飛速發展，對石油自然氣埋地管道重防腐粉末涂料環氧樹脂與助劑的需求量越來越大，質量要求也越來越高。對涂層在苛刻前提下的抗陰極剝離能力也提出了更高的要求，如以前只要求“65℃下，在1.5v電壓下通電2天的陰極剝離間隔不大于8mm”，而現在則要求“60℃，在1.5v電壓下通電30天的陰極剝離間隔不大于10mm”。這種苛刻的試驗要求對環氧粉末涂料提出了更高的挑戰，市場亟待一種能知足此要求的國產重防腐粉末涂料的泛起。
為知足客戶的需要，我們曾對市道市情上的多種環氧樹脂與固化劑進行了實驗比較，結果均不太理想。為了進步抗陰極剝離能力，業界在以前研制普通重防腐粉末涂料專用環氧樹脂與固化劑的基礎上，根據陰極剝離發氣憤但愿理與材料機能之間的關系有針對性地進行了大量的改進試驗，終于研制出了有較高抗陰極剝離能力的重防腐粉末涂料用環氧樹脂和固化劑，進而研制出知足新尺度要求的粉末涂料配方，并成功地將此型重防腐粉末涂料投向了市場。
2、涂料陰極剝離的影響因素分析
(1)重防腐環氧粉末涂料陰極剝離的影響因素
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要進步重防腐環氧粉末涂料的抗陰極剝離能力，首先就必需先弄清粉末涂料陰極剝離的影響因素。重防腐環氧粉末涂料的抗陰極剝離能力與環氧樹脂、固化劑、填料的選用緊密親密相關，在實際使用中，又與管道金屬的表面處理以及固化工藝緊密親密聯系關系。研究發現，管道金屬在陰極保護的情況下，在金屬表面發生的陰極剝離過程以析氫反應為主，其結果就導致了金屬表面局部oh-離子濃度的增大，這種局部堿環境會腐蝕聚合物涂層并使界面處金屬氧化物溶解，侵蝕性液體進而沿著金屬與涂層的界面不斷擴散，滲透滲出，引起新的侵蝕、剝離，終極引起涂層起泡并導致開裂，破壞聚合物涂層的防腐效果。在這種情況下，要按捺陰極剝離的進行就必需在增強環氧涂層與基體金屬間的結協力的同時增強環氧涂層的防腐性(尤其是耐堿性)，以按捺侵蝕物質沿金屬與環氧涂層界面的擴散過程。
環氧涂層與基體金屬之間的結協力，既受環氧樹脂和固化劑上的極性基團數量影響，也受涂層與基體金屬之間的結合鍵的類型的影響，還與環氧涂層內應力有關。內應力過大時，也會削弱環氧涂層與基體金屬之間的結合程度。若環氧涂層極性基團數量越多、涂層與基體金屬之間的結合鍵越強、環氧涂層內聚力、內應力越小時，涂層與基體金屬之間的結合程度越高。但這種理想情況不易實現，例如涂層的極性基團(特別是親水型極性基團)數量太多，雖能進步附著力，但卻導致涂層耐水性(特別是耐鹽水性)的下降，進而難以按捺侵蝕性介質沿涂層與基體金屬界面的擴散滲透滲出進程，若耐水性下降的負面影響超過了附著力進步帶來的正面影響，就會導致涂層陰極剝離的加劇進行。
環氧涂層的耐侵蝕性受涂層的致密性和涂層固化物中的化學鍵耐侵蝕性強弱的影響。當涂層致密性越高，不耐侵蝕的化學鍵越少時，環氧涂層的耐侵蝕性越強。而涂層致密性越高時，涂層的內聚力、內應力就會越大，當超過涂層與基體金屬之間的結協力時，就會引起涂層與基體金屬之間剝離。在涂層中不耐侵蝕的化學鍵要越少越好，例如酯鍵耐堿性較差，就不太合用于重防腐涂料采用。對酚醛樹脂，因為芬芳密度與交聯密度較大，用它來改性環氧樹脂或固化劑，用量合適能進步防腐性，但因為酚羥基具有一定酸性，耐堿性較差，用量過多時易引起涂層抗陰極剝離能力的下降。另外因為酚醛樹脂具有一定脆性，固化產物內應力較大，用量過多時也不利于涂層的抗陰極剝離。
(2)抗陰極剝離型重防腐環氧粉末涂料的配方設計由上述分析可推知，在選用環氧樹脂與固化劑體系時要求環氧樹脂有較高的環氧值以保證較高的致密度，同時要有一定的韌性(這一點也可通過進步固化劑的韌性來彌補)，以消除固化產物過多的內應力，另外要有一定數目的耐堿性與耐水性較好的極性基團，以進步涂層與基體金屬之間的結協力，以形成兼顧結協力、耐蝕性、柔韌性的環氧固化體系，從而達到進步抗陰極剝離的效果。根據上述分析，有針對性地合成了分子結構中具有多個環氧基團的與一定韌性jenp-02a改性環氧樹脂，較好地協調了附著力、耐蝕性、柔韌性的相應要求，取得了很好的抗陰極剝離效果。
在選擇相應固化劑時，同樣存在兼顧致密度與韌性的協調，通過固化劑分子中剛性基團與韌性基團的比例的公道調節，合成出軟硬適中的固化劑來消除內應力。在實驗研究中采用的是端羥基聚合物型復配固化劑，該類型固化劑聚合度越高，分子量大，韌性好，同時軟化點也較高，有利于保留。在復配型固化劑中，包含有主固化劑與促進劑(常用陰離子型催化劑)的配比。主固化劑與陰離子型促進劑的固化反應機理有所不同，主固化劑主要是通過端羥基與環氧基進行加成聚合反應，具有一定的韌性，固化產物內應力較小。
而陰離子型促進劑則是通過陰離子作用使環氧基開環，形成新的陰離子，這種新的陰離子再與新的環氧基反應，形成鏈式增長。鏈式反應一經引發就快速進行，反應速度快、放熱劇烈，輕易形成內應力使涂膜發脆，導致涂膜與基體金屬結協力下降，加劇陰極剝離的進程。另外陰離子型促進劑加入量太多，會導致端羥基型固化劑不能充分反應，未反應的端羥基耐堿性較差，也會加劇陰極剝離的進程。通過控制主固化劑的聚合度與促進劑的加入量，開發的jecp-01b固化劑，較好地知足了應用要求。
#p#分頁標題#e#在環氧樹脂與固化劑確定的條件下，選用合適的顏填料對進步涂料的抗陰極剝離效果也有舉足輕重的作用。應盡量避免用刺激性顏填料，而應多采用硫酸鋇、硅微粉等惰性顏填料。研究發現，填料在涂層中分布越平均、填料與樹脂接觸面積越大、填料與樹脂結合越緊密、涂層耐蝕性越好，涂層抗陰極剝離效果越好。另外片狀鱗片類填料(如泡狀云母)，因為能延長侵蝕介質滲透滲出的路徑，也對進步抗陰極剝離能力有很好的效果。
