|
喻林(中国石化集团巴陵石油化工有限责任公司环氧树脂事业部,湖南岳阳414014) 摘要：从改变环氧树脂主链结构入手，合成了具有较高抗阴极剥离性能的环氧树脂，以此为原料制出新型环氧粉末涂料，解决了在较高温度条件下长期使用过程中抗阴极剥离的难题，拓展了防腐环氧粉末涂料在苛刻环境下的应用范围。 关键词：管道防腐；环氧树脂；粉末涂料；阴极剥离 中图分类号：TQ635.2 文献标识码：A 文章编号：1672-2418(2014)12-0022-03 1·引言 随着我国石油和化学工业的发展，大量管道工程相继开工，特别是作为西部大开发的龙头“西气东输”工程，极大地促进了管道防腐的发展。管道要经受严寒、高温、化学介质、潮湿的盐碱地带和水质的腐蚀，而且当远距离输送时，经常要加压，油温升到100℃以上。在这种恶劣的条件下，热塑性聚乙烯涂层和沥青类涂层就会变软，从表面脱落而失去防腐作用。因此，必须寻找一种更好的防腐材料和施工方法。 为了保证埋地金属管道在恶劣环境下的长期可靠运行，采用防腐效果好的厚涂型环氧粉末涂料进行保护，可以保护构筑物99%以上的外表面不受腐蚀，此外还可辅助采用阴极保护，通过牺牲金属阳极而使管道免受腐蚀。阴极保护技术和涂层联合应用可以更有效地防止金属的腐蚀。一方面阴极保护可有效地防止涂层破损处产生的腐蚀，延长涂层使用寿命；另一方面涂层又可大大减少保护电流的需要量，改善保护电流分布，增大保护半径，使阴极保护变得更为经济有效。上述优点使重防腐粉末涂料涂层和阴极保护措施成为目前埋地管道的主要防腐措施。但阴极保护也给有机涂料性能带来了新的挑战，因为在电化学腐蚀环境下，如果涂层的抗阴极剥离能力低，将出现涂层降解开裂，失去防腐作用。 近年来随着国家经济建设的飞速发展，对石油天然气埋地管道重防腐粉末涂料环氧树脂与助剂的需求量越来越大，质量要求也越来越高。为了保证阴极保护的可靠性，涂层抗阴极剥离检验标准正不断提高，例如从西二线标准(1.5V保护电压下，65℃，30d)[1]修改为西三线标准(1.5V 保护电压下70℃，30d)。这使得原有产品不管是单层还是三层粉末涂料都远远不能达到要求。 本文通过对现有普通重防腐粉末涂料专用环氧树脂进行改性，研制出有较高抗阴极剥离能力的重防腐粉末涂料用环氧树脂，并以此为原料进行粉末涂料制备与喷涂试验，取得了较好效果。 2·制备步骤与合成路线 2.1改性环氧树脂的制备步骤 常温下将液态双酚A环氧树脂、双酚A、改性剂按一定配比投入玻璃反应釜中并混合均匀，得混合物A；将混合物A从常温开始加热，25～40min加热到95～125℃，然后加入催化剂，其中催化剂的用量为混合物A质量的0.15%～0.3%；继续升温到180～185℃，恒温反应2.5～4h。取样测试环氧当量，当测试的环氧当量达到825～840g/eq，结束反应。 2.2合成路线 改性环氧树脂合成工艺见图1。 
3·结果与讨论 3.1主要制备工艺条件对合成产物的影响 影响环氧树脂合成的主要因素有：改性剂与液体环氧树脂的配比；双酚A与液体环氧树脂的配比；反应温度与时间。本文对这些影响因素只做定性描述。本研究加入改性剂的目的首先是为了减少改性环氧树脂中的大分子链段含量，使相对分子质量分布更窄，树脂加热熔融黏度降低，更容易流动；其次改性后的树脂中的分子结构中含有更多羟基等极性基团，增加了改性环氧树脂的粘接性。改性环氧树脂的合成过程中，随着改性剂与液体双酚A比例的增加，树脂的软化点降低，涂膜的硬度和耐温性也会降低，而且容易结块，不适于加工，因此合适的配比在5%～10%之间。 在合成改性环氧树脂中，保持反应时间不变，控制不同的聚合反应温度，结果发现树脂的软化点随聚合物反应温度的升高而升高，而且反应温度越高，产品的颜色会越深。所以根据实验结果，选择反应温度为160～185℃。 反应时间对产品的环氧当量有很大影响，反应时间越长，产品的环氧当量越高。根据试验情况和试产的需求，确定反应时间为2.5～4h。 3.2产品性能评价 3.2.1粉末涂料的配制配方 不同环氧树脂配制粉末涂料配方试验见表1。 
3.2.2粉末涂料制备 粉末涂料及其涂膜施工工艺流程：配料→预混→挤出→压片→粉碎→粉末涂料产品→喷涂→固化粉末涂料涂膜。不同环氧树脂粉末涂料涂膜性能测试结果见表2。 
从表2可以看出，1#～4#配方附着力、冷弯、常规48h阴极剥离均已通过，但通过长期性能测试时，发现不同环氧树脂的抗阴极剥离能力差别较大，按抗阴极剥离能力高低排列顺序为1#>3#>4#>2#。 从环氧树脂结构分析，2#、3#、4#基本为双官能度环氧树脂，采用的都是二步法，α-二醇基含量低于一步水洗法产品，端基反应率高，表现出较强的防腐作用，但由于双酚A环氧树脂只有两端基参与交联反应，交联密度不够高，因此不能抵抗长期阴极剥离。配方3#中环氧树脂树脂由于环氧值较高，固化物交联密度高，因此抗阴极剥离效果比配方2#、4#好。1#配方表现出最好的抗阴极剥离能力，原因可归结为加入改性剂后减少了环氧树脂中的大分子链段含量，使相对分子质量分布更窄，改性后树脂中的分子结构中含有更多地羟基等极性基团，增加了改性环氧树脂的粘接性。而且由于分子中引入了柔性环氧树脂结构，使其固化与冷却过程中可能产生的内应力减小，使得涂膜对金属底材的结合力更好。 4·结语 (1)在常温下将液态双酚A环氧树脂、双酚A、改性剂按一定配比混合均匀，然后加入催化剂，催化剂的用量为混合物质量的0.15%～0.3%；反应温度180～185℃，反应时间2.5～4h，得到环氧当量为825～840g/eq的改性环氧树脂。 (2)经改性后的环氧树脂制得的粉末涂料，可以满足埋地钢制管道抗70℃、30d阴极剥离新标准的要求。 参考文献 [1]国家能源局.SY/T0442—2010钢制管道熔结环氧粉末内防腐层技术标准[S].北京：石油工业出版社，2010. |
