摘要：近年來，隨著科學技術的不斷發展，國內閥門產品也在向高技術含量、高標準、耐強腐蝕、高壽命方向發展，這對閥門的涂層及涂裝技術提出了更高的要求。文章結合閥門使用環境和特點，就如何采用新型固化劑，優選環氧樹脂輔助填料、助劑等進行閥門粉末涂料的設計；應用中如何與涂裝工藝配合，滿足涂敷閥門的高標準要求等方面進行了重點闡述。

1 前言

閥門是石油、天然氣、化工、電站、長輸管線、造船、核工業、化學工程、航天以及海洋石油等國民經濟各部門不可缺少的流體控制設備部件。所用閥門和管道配件得主要材料為鑄鐵，但鑄鐵不耐腐蝕，單一材質不能滿足使用要求，需要對其進行適當的涂層處理，因此需要對鑄鐵閥門的涂層深入研究，以便正確選用涂層材料與涂裝工藝。鑄鐵閥門材質包括灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等，其中球墨鑄鐵閥門在水系統中的使用越來越廣泛，閥門的損壞和更換源于主體銹蝕。閥門內腔與介質接觸，銹蝕極為嚴重，銹蝕后的閥門通徑變小，流阻增大，嚴重影響介質傳輸。閥門大多安裝在地面或地下，外表與潮濕的空氣接觸極易發生銹蝕，因此閥門主體材料必須進行腐蝕防護，以延長使用壽命。另外，鑄鐵閥門直接與水接觸，銹蝕將對水體產生二次污染。因此，閥門涂層的性能要求以功能性防護為主，裝飾性為輔。我國國民經濟的發展推動了閥門工業的進步，粉末涂料與涂裝行業必須充分了解閥門產品，關注對客戶的產品服務，才能把與之配套的粉末涂料與涂裝工作做得更好。

2 問題的提出

—   如何確定閥門粉末涂料體系？是環氧聚酯型，還是純環氧、純聚酯型，或是環氧防腐型？

—   閥門在安裝、使用、維護保養過程中難免磕碰，閥門粉末涂料的機械性能(抗沖擊性)要好。那么如何提高閥門粉末涂層的抗沖擊性？

—   部分閥門要求外觀顏色鮮艷(如艷紅)，維護保養過程中要求涂層具有耐有機溶劑(如丙酮)擦拭性。為保證涂層外觀艷麗涂料的耐高溫黃變性一定要好，那么如何提高粉末涂層的抗黃變性及耐有機溶劑擦拭性？

—   如何確定閥門粉末涂料配方與涂裝工藝的配套性？

—   粉末涂層缺欠如何應對？

3 試驗原料的選擇與配方設計

3.1 涂料體系的確定

按照ISO 12944-2劃分標準，大部分工業閥門的安裝使用環境屬于C3、C4、C5-1和C5-M環境。C3環境指中等二氧化硫污染區或低鹽度的沿海地區，如食品加工廠、洗衣店、釀酒廠、奶制品生產廠的大氣環境。C4環境為工業區域和中等鹽度的沿海地區，如化工廠、游泳池、沿海船舶和船廠的大氣環境。C5-1環境是非常高工業化和高濕度的地區，如高污染的建筑或工業區域。C5-M環境是指沿海和近海地區高鹽分的海邊或海面上的大氣環境。上述分析充分說明閥門用粉末涂料體系應為防腐體系。

3.2 環氧樹脂的選擇

閥門在搬運、安裝、使用過程中的機械損傷比較嚴重，所用粉末涂層的抗沖擊性應當非常好，因此宜選用雙酚A型環氧樹脂；雙酚A型環氧樹脂的醚鍵和C-C鍵使大分子具有柔順性，苯環賦予聚合物耐熱性和剛性，異丙基賦予高分子材料一定的剛性。雙酚A型環氧樹脂904H具有柔韌性的長鏈結構，環氧值0.109mol/100g，軟化點100℃，賦予粉末涂層良好的抗沖擊性。

3.3 固化劑的選擇

環氧樹脂本身是一種熱塑性物質，需要在一定條件下與固化劑通過交聯反應，才能形成立體網狀結構的熱固性產物，從而顯現出各種優良的應用性能，真正成為具有使用價值的環氧材料。因此固化劑在環氧樹脂應用中必不可少，甚至發揮著決定性作用。我們可根據表1固化劑的典型技術指標合理選擇。

表1 典型的環氧樹脂固化劑技術指標

(*：不僅限)

3.4 填料的選擇

填料可提高粉末涂料的機械強度和其它保護性能。閥門粉末涂料用填料應具備下列性能：(1)不溶于水和有機溶劑，有很好的分散性，無色或白色，不含雜質的超細粉粒；(2)耐酸、耐堿、耐候等性能均好；(3)成本低，但對涂膜性能無不利影響。常用填料包括硫酸鋇、輕質碳酸鈣、白炭黑、石英粉、硅灰石等。

3.5 顏料的選擇

粉末涂料必須加熱才能固化成膜，因此在選擇顏料時需要考慮耐熱穩定性。重防腐粉末涂料常用的顏料有：氧化鐵紅、淡鉻黃、棕鉻黃、炭黑、金紅石型鈦白、酞菁藍、酞菁綠等。

3.6 助劑的選擇

粉末涂料助劑包括流平劑、邊角覆蓋性改進劑、花紋助劑、抗劃傷劑、增硬劑、促進劑、紫外光吸收劑、防針孔劑和粉末疏松劑等。

—   脫氣劑：主要是安息香，為白色或淺黃色無味晶體，熔點137℃，沸點344℃，微溶于水和乙醚，溶于熱丙酮和熱乙醇，是粉末涂料最常用的脫氣劑。

—   增韌劑：是指能增加膠黏劑膜層柔韌性的物質，如熱塑性高分子化合物聚乙烯醇縮丁醛。

—   流平劑：如PV88等。

—   促進劑： 可選用醫藥級2-甲基咪唑等。

—   抗劃傷劑、增硬劑：主要是微晶蠟類。

—   粉末疏松劑：如氣相法二氧化硅、氧化鋁C等。

3.7 配方設計與涂裝工藝

為了通過應用試驗使閥門粉末涂料與涂裝工藝要求相配套，本研究的試驗材料選用如下：雙酚A型環氧樹脂904H(廣州宏昌電子材料公司)；專用固化劑為Amanda 969B、Amanda 989C和自制的Amanda 959-1、Amanda 959-1W；其中Amanda 989C分子結構中引入了部分多官能度活性組分與柔韌性長鏈結構，自制固化劑與普通雙酚A型或酚醛改性的環氧樹脂有極好的混溶性，反應活性極高，可快速固化；顏料、填料和助劑等均選用同一生產批號的材料。試驗配方設計見表2。

表2 試驗配方設計

注：  1-904H，環氧當量0.10~0.12當量/100g；2-鈦白粉為902；3-Amanda T70101；4-Amanda100，粒徑20~40nm。

4 試驗條件與方法

本研究中重防腐粉末涂料的制備、涂層制備以及涂料與涂層性能檢測所用設備見表3。

表3 試驗研究所用的儀器設備

4.1 重防腐粉末涂料制備

將環氧樹脂、固化劑、顏填料及助劑在高速混合機中充分混合均勻(混合兩次，3min/次)，然后用螺桿擠出機熔融擠出，擠出機1區溫度100~105℃，2區溫度85~90℃，轉速300r/min。擠出片料在ACM磨粉機中粉碎，用100目篩分級得到粒度符合要求的粉末涂料。

4.2 涂層制備與性能檢驗

按檢測標準要求將待檢測樣板底材(標準鐵板100×100×6mm)進行噴砂除銹處理，預熱，用靜電噴槍將待測粉末涂料噴涂在樣板表面至規定膜厚(250~450μm)，固化，水冷后待檢測。

根據EN 14901-2006要求，涂膜性能測試包括耐沖擊性、耐壓痕性、孔隙率、熱老化性、耐腐蝕性、耐摩擦性和安全性等。型式檢驗一般在選擇涂層材料、或工藝參數發生變化時進行，正常生產中一般不需測試。

粉末涂料的常規檢驗項目包括膠化時間、密度、粒度分布、磁性物含量、附著力、流平性、耐有機溶劑擦拭性、耐高溫黃變性、抗沖擊性等，按表2配方制成的涂料性能測試結果見表4。

表4 閥門粉末涂料的性能測試結果

注：1-噴涂厚度250~450μm；2-直徑16mm的球形沖頭，1kg落錘，室溫；3-依據EN ISO 4624要求進行剝離測試，平均值≥8MPa，最小單值≥6MPa；4-目測無橘皮、平整；5-目測應光滑，顏色一致，無氣孔、氣泡、漏噴等缺陷；6-采用膜厚儀測量，涂層平均厚度≥250μm；7-將甲基異丁基酮(MIBK)滴在噴涂表面，然后用白布反復擦拭，觀察表面變色、失光和/或污損情況。

4.3常見問題

表5 閥門粉末噴涂工藝中常見的涂膜弊病及解決方案

5 結論

（2）Amanda 989C固化劑較好地解決了閥門粉末涂層的抗沖擊性，可以滿足閥門重防腐環氧粉末涂料的新要求。在固化劑研制過程中，我們根據不同涂裝作業方式與涂膜性能要求開發了系列固化劑，可滿足不同應用場合的要求。

（3）環氧樹脂粉末涂層附著力強，表面光滑，耐沖擊、耐腐蝕、耐沖刷、耐老化，能夠滿足閥門的使用要求及水系統對輸配水設備的要求。在粉末選用、設備配備時應當充分考慮材料、工藝和設備的匹配性。

作者:吳希革（大慶慶魯化工技術研究所）