雙酚A型環(huán)氧涂料及涂裝工藝分析

石振宇

（中國石油大慶石化公司實(shí)業(yè)公司，黑龍江大慶163714）

雙酚A型環(huán)氧涂料及涂裝工藝分析

石振宇

（中國石油大慶石化公司實(shí)業(yè)公司，黑龍江大慶163714）

環(huán)氧類涂料廣泛應(yīng)用于工業(yè)防腐過程中，但由于該涂料主要成膜物質(zhì)環(huán)氧樹脂獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，造成環(huán)氧涂料在涂裝過程中或涂裝后經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題。文中分析了雙酚A型環(huán)氧涂料主要成膜物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)原理，闡述了該類環(huán)氧涂料的涂裝工藝方法，以及漆膜經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題和預(yù)防措施。

環(huán)氧樹脂；分子結(jié)構(gòu)；反應(yīng)原理；涂裝

雙酚A型環(huán)氧樹脂是由雙酚A與環(huán)氧氯丙烷在氫氧化鈉催化下制得的。該類樹脂實(shí)質(zhì)上由低分子量的二環(huán)氧甘油醚及雙酚A與部分高分子量聚合物一起組成。其固化物的分子結(jié)構(gòu)及其形成則取決于環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)，固化物有很高的強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度，具有較高的耐腐蝕性、韌性和耐熱性。環(huán)氧樹脂優(yōu)異的固化性能使得其廣泛應(yīng)用在涂料、玻璃鋼制品、膠泥制備等領(lǐng)域中。

1 雙酚A型環(huán)氧樹脂

1.1 分子結(jié)構(gòu)

環(huán)氧樹脂屬于高分子化合物，在其分子結(jié)構(gòu)上含有2個(gè)以上環(huán)氧鍵，適合做防腐涂料的環(huán)氧樹脂主要有雙酚A型、諾伏蠟克型、雙酚F型等3類。在環(huán)氧樹脂中雙酚A型的原材料比較易得、成本低，因而產(chǎn)量最大，用途最廣，被稱為通用型環(huán)氧樹脂［1］。

1.2 雙酚A型環(huán)氧涂料反應(yīng)機(jī)理

雙酚A型環(huán)氧樹脂性能穩(wěn)定，加熱到200℃不會(huì)聚合固化。它需要與配套的固化劑反應(yīng)后才能形成干膜。通常用胺類的固化劑與雙酚A型環(huán)氧樹脂反應(yīng)成膜。它的反應(yīng)原理是通過環(huán)氧樹脂分子上的環(huán)氧基和羥基與胺類固化劑中的官能團(tuán)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［2］。環(huán)氧樹脂與胺類固化劑化學(xué)反應(yīng)式為：

環(huán)氧樹脂的環(huán)氧鍵開環(huán)與胺類固化劑中的官能團(tuán)反應(yīng)生成新的分子結(jié)構(gòu)，這就是起防腐作用的環(huán)氧涂膜。

從該反應(yīng)式中可以看出影響環(huán)氧樹脂固化的因素有2個(gè)：

（1）官能團(tuán)的數(shù)量影響環(huán)氧樹脂固化。胺類固化劑中的官能團(tuán)數(shù)量不足，不能與環(huán)氧鍵充分反應(yīng)，環(huán)氧樹脂就不能完全固化。

（2）固化劑的反應(yīng)活性影響環(huán)氧樹脂的固化。固化劑反應(yīng)活性低，不能使環(huán)氧基開環(huán)與其反應(yīng)，須在低溫烘烤的情況下才能反應(yīng)固化；反應(yīng)活性高的固化劑，最佳反應(yīng)溫度也要在10℃以上，否則可能因?yàn)楣袒瘯r(shí)間長，對空氣中的H2O和CO2敏感，造成漆膜干燥不充分或不干的情況；也有在低溫下固化的固化劑，但成本偏高。

2 雙酚A型環(huán)氧涂料的涂裝

2.1 基礎(chǔ)層處理

在涂裝前對被涂物表面的處理是確保涂料施工質(zhì)量的基礎(chǔ)?；鶎犹幚碇饕康挠?個(gè)：（1）清除被涂物表面的各種污垢，使涂膜與被涂物表面有很好的附著；（2）修整被涂物表面，去除其存在的缺陷，制造涂料需要的表面粗糙度，以有利于涂膜物理粘接；（3）對被涂物表面進(jìn)行各種化學(xué)處理，提高涂膜的附著力和防腐蝕能力。

2.2 黑色金屬表面的處理

根據(jù)黑色金屬表面的情況不同，可以選擇性進(jìn)行表面凈化處理、表面化學(xué)處理［3］。

（1）表面凈化處理

通常采用溶劑清洗除油、堿液清洗除油、乳化劑除油；采用手工打磨除銹、機(jī)械除銹、噴射除銹和化學(xué)除銹；采用機(jī)械方法、堿液和清洗液等除去舊涂膜或其他雜質(zhì)。一般的黑色金屬表面都要進(jìn)行表面凈化處理，大多采用手工除銹處理、機(jī)械噴砂處理表面。

（2）表面化學(xué)處理

①磷化處理：將金屬制品表面用鐵、錳、鋅、鎘的正磷酸鹽溶液進(jìn)行處理，使其表面生成不溶性磷酸鹽保護(hù)膜。這樣處理可提高涂膜的防腐蝕性能。

②鈍化處理：用重鉻酸鉀、亞硝酸鈉和鉻酐鈍化劑使金屬表面產(chǎn)生一層結(jié)構(gòu)致密的鈍性薄膜，防止氧化腐蝕、增加涂裝活性、提高金屬與涂膜間附著力。它通常與磷化處理配套使用。

③化學(xué)綜合處理：在同1個(gè)磷化槽內(nèi)進(jìn)行除油、除銹、磷化、鈍化等表面處理。使用此種方式處理小型工件比較方便，但須注意及時(shí)補(bǔ)充配方中的組分［4］。

2.3 涂裝工藝

2.3.1 施工前準(zhǔn)備（1）信息收集：該過程包括4個(gè)步驟。①核對涂料的名稱、保質(zhì)期、批號(hào)、生產(chǎn)單位、出廠日期；②參照說明書掌握施工要求、干燥（固化）方式、漆與固化劑的配比和適用期、配套稀釋劑；③在被涂物件上小面積試涂，確定施工工藝參數(shù)；④選擇適宜的施工環(huán)境，配備必要的勞保、安全防護(hù)用品。（2）配料：從環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)原理可知，雙酚A型環(huán)氧涂料必須與固化劑反應(yīng)才能成膜，而且配比后的涂料適用期短，因此環(huán)氧涂料都是雙組分分裝。主劑儲(chǔ)存日久后顏填料等會(huì)發(fā)生沉淀，所以必須先充分?jǐn)噭蛑鲃┎拍軐蓚€(gè)組分配比。在配比時(shí)稱取配比量的固化劑加入主劑中充分?jǐn)噭?，用稀釋劑稀釋至施工粘度；將配比好的涂料熟?0～60 min，然后施工使用。

2.3.2 施工方案（1）雙酚A型環(huán)氧涂料的施工可以采用刷涂、滾涂或噴涂的方式進(jìn)行。采用刷涂法涂裝優(yōu)點(diǎn)是涂料易于滲透到被涂物表面的細(xì)孔內(nèi)，增加對底材的附著力，缺點(diǎn)是效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大；滾涂的優(yōu)點(diǎn)是涂料易于滲透到被涂物表面的細(xì)孔內(nèi)，增加對底材的附著力，效率較高，缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度較大。滾涂是應(yīng)用比較多的涂裝方式；噴涂包括氣噴涂、熱噴涂、無氣噴涂。噴涂的優(yōu)點(diǎn)是涂膜均勻、效率高，缺點(diǎn)是涂料的損耗大、易污染，人員需要較好的防護(hù)。（2）施工工藝：將配比好的底漆涂裝到表面處理好的基材上，自然干燥，待表干后再涂底漆，控制干膜厚度在80 μm左右；自然干燥，待漆膜實(shí)干，一般為24 h后即可涂裝配置好的面漆，經(jīng)自行干燥，待實(shí)干后，再涂裝第二道面漆，控制干涂膜的總厚度在140～170 μm為宜。在施工時(shí)環(huán)境溫度不能低于10℃，保持現(xiàn)場干燥、通風(fēng)良好，配好的漆應(yīng)在說明書規(guī)定的適用期內(nèi)用完?？筛鶕?jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇適宜的涂裝方式。

3 涂裝的問題及解決方案

（1）漆膜不干：產(chǎn)生這種問題的原因是被涂物表面沒有處理好，表面有油或蠟；主劑與固化劑的比例失調(diào)，固化劑量不足以使環(huán)氧樹脂全部反應(yīng)，造成漆膜硬度低、發(fā)濕；現(xiàn)場環(huán)境濕度大、溫度低、通風(fēng)不良。

解決方案：施工前檢查被涂物表面清潔無異物，準(zhǔn)確稱量主劑和固化劑充分?jǐn)噭蜻_(dá)到熟化時(shí)間再施工；控制好施工的涂膜厚度；把握好施工現(xiàn)場的溫度和濕度，在適宜的環(huán)境下施工。

（2）返銹：產(chǎn)生這種問題的原因是被涂物表面處理差，生銹部位沒有除干凈；涂裝不均勻有漏涂現(xiàn)象；現(xiàn)場環(huán)境過于潮濕。

解決方案：涂裝前檢查被涂物表面，徹底處理干凈；涂裝時(shí)確保涂裝完整均勻，避免漏涂現(xiàn)象；選用耐腐蝕、耐濕好的底漆，涂膜有較大的交聯(lián)密度的。

（3）針孔：產(chǎn)生這種問題的原因主要有溶劑混合比例不當(dāng)、顏填料分散不良、涂料流動(dòng)性能差、漆中混入了不純物質(zhì)，溶劑的揮發(fā)速度過快，長時(shí)間激烈攪拌涂料、噴涂時(shí)的壓力過高、環(huán)境濕度高、濕膜表面干燥快［5］。

預(yù)防方法：控制好涂料的粘度、調(diào)整溶劑揮發(fā)的速度、避免快速攪拌涂料、涂裝過程中環(huán)境的相對濕度不得高于70%。

（4）露底：出現(xiàn)露底的原因是涂料本身的遮蓋力不足，這種情況一般較少，涂料遮蓋力的檢測比較簡單一般的廠家都可以在出廠時(shí)自檢；顏填料沉淀，在施工前沒有充分?jǐn)嚢杈鶆?，這種情況在施工時(shí)比較容易出現(xiàn)；施工前粘度調(diào)整的過低，涂膜過薄，遮蓋不好。這種情況出現(xiàn)的比較多，特別是在環(huán)境溫度較高的現(xiàn)場，涂料中溶劑揮發(fā)較快，施工人員需要在涂刷過程中不斷的補(bǔ)充稀釋劑，保證涂料粘度適宜施工。但是為了涂刷方便，施工人員經(jīng)常會(huì)將漆粘度調(diào)的很低，這樣涂裝后，涂膜很薄，一些本身顏色遮蓋不好的涂料就會(huì)出現(xiàn)露底的情況。

預(yù)防方法：增加漆的顏填料；施工前充分?jǐn)噭蛲苛?；按照說明書要求兌稀釋劑，保證涂料的一次成膜厚度。

（5）縮孔：縮孔會(huì)造成涂膜不均勻附著、涂膜底部露出被涂表面，露出部分面積呈圓形。出現(xiàn)縮孔的原因是涂料對被涂物表面的濕潤不良，對被涂物表面的接觸角大；涂料的熟化時(shí)間不夠，顏填料選擇不當(dāng)，溶劑的混合比例不當(dāng)，涂料的表面張力過大，固化劑在固化過程中釋放氣泡的能力差，涂料中混進(jìn)了不溶物；被涂物表面不清潔，表面被油、灰塵、雜物污染、涂料與被涂物表面的溫差過大；采用噴涂時(shí)，壓縮空氣中混入了水、油或者空氣不清潔，都可能造成縮孔。

預(yù)防措施：采用添加具有流平性的助劑，降低涂料的表面張力；保證涂料的熟化時(shí)間，確保配方設(shè)計(jì)時(shí)顏填料、溶劑搭配合理，生產(chǎn)時(shí)保證原材料質(zhì)量，確保非配方中的物質(zhì)不能混入涂料中；涂裝前保證被涂物表面的清潔，按照設(shè)計(jì)要求處理被涂物表面；選擇適合現(xiàn)場環(huán)境的涂裝方式，并且要在環(huán)境適宜的條件下涂裝。

4 結(jié)束語

雙酚A型環(huán)氧樹脂是熱塑性樹脂，具有熱固性，能與多種固化劑、催化劑及添加劑形成多種性能優(yōu)異的固化物。固化時(shí)基本上不產(chǎn)生小分子揮發(fā)物，可低壓成型，能溶于多種溶劑。該類樹脂的缺點(diǎn)是耐候性差，在高強(qiáng)度的紫外線照射下性能會(huì)緩慢下降；耐沖擊強(qiáng)度較低，因此其應(yīng)用環(huán)境受到一定的限制。但在實(shí)際涂裝過程中，結(jié)合具體的涂裝條件制定科學(xué)合理的工藝方案，完全能夠保證雙酚A型環(huán)氧樹脂涂料的涂裝質(zhì)量。

［1］王受謙，楊淑貞.防腐蝕涂料與涂裝技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：26-28.

［2］李桂林.環(huán)氧樹脂與環(huán)氧涂料［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：10-12.

［3］董曉寧，趙海福，趙強(qiáng)，等.環(huán)氧樹脂涂料的研制及應(yīng)用［J］.中國包裝工業(yè)，2014（1）：3-5.

［4］吳宗漢，羅曼.環(huán)氧樹脂及涂料的增韌改性［J］.涂料工業(yè)，2009，39（12）：62-65.

［5］胡紅兵.環(huán)氧樹脂增韌改性及疏水改性研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

BPA type epoxy coating and coating process analysis

Shi Zhenyu
（Industrial Company of PetroChina Daqing Petrochemical Company,Daqing 163714,China）

The epoxy type coating is widely used in the industrial corrosion prevention process.However,the unique molecular structure of the epoxy resin,as the main film forming matter of this coating,frequently causes quality problems during coating or after coating of the epoxy coating.This paper analyzed the molecular structure and reaction principle of the main film forming mater,the BPA type epoxy coating,expounded the coating process and the often happened quality problems and prevention measures.

epoxy resin;molecular structure;reaction principle;coating

F276.44

B

1671-4962（2017）06-0035-03

2017-09-20

石振宇，男，工程師，2006年畢業(yè)于齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事涂料生產(chǎn)工藝技術(shù)管理工作。