文 / 陈 刚 ( 四川桑瑞斯高分子材料有限公司 )
摘要：本文阐述了一种适合后沟槽工艺的粉末产品的制备方法及性能检测，重点阐述了设计思路及原理，原材料的选择。
0 引言
纯环氧粉末涂料有优异的粘接性、耐化学性、优异的防腐性、电绝缘性，在重防腐、绝缘、胶粘剂、电子封装等领域被广泛的应用。尤其在重防腐领域基本上全部使用环氧树脂作为主要成膜物质，环氧热固化后的交联密度大，高交联
密度带来的高强度与高模量的同时也导致成膜后较脆，对裂纹产生及扩展的抑制力差，也就是韧性较差。消防管道和饮用水管道的连接方式，有法兰、沟槽(卡箍)、焊接，卡箍连接的管道，未涂塑之前就已经沟槽了，对粉末没有特殊的要求，但管道不可能永远的长度刚刚好，需要在安装现场切割成不同长度，切割后为使用上卡箍，需要后沟槽工艺，所以对粉末的柔韧性和附着力提出了更高的要求。
1 开发背景
沟槽连接的管道，大部分是消防管道，消防管道不涉及直接饮用，所以市场上有用TGIC的纯聚酯体系，纯聚酯粉末体系的韧性比环氧好，耐候性也优异，但该粉末不符合GB/T 5135.20中的要求，耐温、耐温水老化都过不了。环氧后沟槽工艺，容易开裂、脱落、爆边等缺陷，设计纯环氧粉末时需要克服上述缺陷。但市场上成熟的纯环氧粉末产品不少，关于这方面的研究文章发布的少，本文提供一种设计思路，分享成熟的案例。
2 设计思路
后沟槽工艺的底层逻辑是环氧体系体系的增韧和附着力的提高，附着力通过增加助剂、选择高附着力的固化剂来达到目的，比较容易解决。选择柔韧性好的环氧树脂；适当的降低交联密度，有利于韧性的增加。环氧树脂增韧主要分为两个大类，非均相增韧和均相增韧。
2.1 非均相增韧：
(1) 橡胶弹性增韧
橡胶的T g较低，柔韧性好，在固化后收到外力时，橡胶生长率明显高于环氧，从而实现增韧。目前，带活性基团的丁晴橡胶、带活性基团聚丁二烯液态橡胶、带活性基团的天然橡胶等在环氧体系的增韧中得到了广泛的应用。橡胶弹性体虽然能够提高环氧的韧性，但是会降低环氧耐热等性能，除了能增加反应体系的交联密度，不然只要引入低T g的物质，对原材料的耐热性等性能方面肯定造成影响。
(2) 热塑性树脂增韧
热塑性树脂增韧原理和橡胶弹性体增韧非常类似，只是热塑性的树脂选择的是一些高模量的物质，由聚砜、聚氨酯、聚硅氧烷、聚醚砜、聚酰胺中的一种两种构成，因这类物质的T g较高，所以不会影响体系的耐温性能，但是这类物质加入环氧后，环氧的粘度快速上升，不易分散，固化后的流平较差。
(3) 柔性链段增韧
将带有长柔性链、端活性基团的的物质加入环氧树脂中，在粉末涂料中，随着预混合、挤出、研磨等工艺的进行，均匀的分散中体系中，长柔性链可以吸收外界的能量，缓解环氧树脂的刚性，长链还能拉伸防止裂纹的产生，降低体系粘度的优势，但此类物质添加量大，材料设计、生产成本高，受到一定的限制。
(4) 纳米材料增韧
纳米二氧化硅、多壁碳管、石墨烯等都被用来增加环氧的韧性，纳米材料可以诱发银纹、钝化银纹来达到增韧的目的，但纳米材料容易团聚，不易分散均匀，会降低整个体系的机械性能。
2.2 均相增韧
(1) 核壳聚合物增韧
核壳聚合物解决了橡胶和热塑性树脂增韧后会出现相分离的难题，是一种比较理想的增韧方式，只是生产成本高工艺复杂，副产物多、质量稳定性较差，大规模商业化还有很长一段路需要走。
(2) 生物基增韧
在环保、能源高消耗的高要求下，生物基原料的绿色环保符合可持续发展的、符合国家政策支持的道路。增韧材料有植物油及其衍生物、生物基共聚体、腰果酚、木质素等其它可再生材料。
3 实验部分
3.1 原材料
双酚A型四型环氧，双酚A型七型环氧，丁晴改性树脂，改性酚类固化剂A，改性酚类固化剂B，增韧剂，常规粉末助剂，硅灰石，绢云母，硅微粉等。
3.2 实验设备
双螺杆试验机、咖啡磨、沟槽机、喷砂机、流化桶
3.3 实验工艺
按照相应的配方工艺，分别称量原材料，预混合，用挤出机挤出，冷却后用咖啡磨破碎，180目过筛，制得粉末涂料。将管段用喷砂机除锈去油后放入烘箱中160℃左右预热15min，把制得的粉末涂料加入流化桶中充分流化，预热结束后将管段浸入流化桶中，2秒左右提出，再放入180℃烘箱中固化15min，制得实验样品，膜厚控制在300～400μm。
4 实验方案与结果
4.1 环氧增韧剂量的选择
环氧增韧的方法较多，各有优劣势，最终选择了经济效益高的热塑性树脂。热塑性树脂的虽然粘度大，在粉末涂料中的熔融剪切分散，粘度高不影响分散。
由表1可得，四组结果均开裂严重，未加增韧剂的实验1开裂最严重，添加0.5%、1%，2%的增韧剂的开裂程度相似，，增韧剂的量达到一定的量之后，继续增加量效果不明显，还可能带来其它的影响。增韧剂对环氧的韧性有较大的帮助，但还是无法满足后沟槽工艺的要求，故后续在添加0.5%增韧剂的基础上，用其它方法改进环氧的韧性。
4.2 环氧树脂的选择
常规环氧树脂如E-12之类，聚合度为4(四型环氧)的双酚A型环氧，此类环氧的交联密度大，刚性强，模量大，韧性较差，理论上不适合做沟槽粉末，聚合度为7的双酚A型环氧，固化后的涂膜，交联密度偏低，理论上适合做沟槽粉末，但交联密度低，可能会影响水煮之内的性能；故采用4型环氧和7型环氧的拼一起做了一组实验验证水煮性能。橡胶改性的环氧理论上来说，会有橡胶的高弹的性质，适合高韧性粉末。改性酚类固化剂B的带一定的柔性链，理论上用固化剂B韧性更好。
由表2可得，实验5开裂较严重，涂层涂层脱离底材，水煮附着力1级；实验6，开裂较少，涂层部分脱离底材，水煮附着力5级，交联密度太低导致的附着力不够；实验7和8结果类似，涂层轻微开裂，涂层部分脱离底材，水煮附着力1级，但改性的橡胶环氧价格较高，故后续采用四型环氧和七型环氧1比1混合做进一步的改进实验。
4.3 固化剂的选择
通过前面的实验涂层部分脱离底材，可能是附着力不够导致，酚类固化剂A的附着力较好；固化剂有改性固化剂B，固化剂B中带有柔性链；胺类固化剂加量小，成本比较低。
由表3可得，实验9内壁轻微开裂，外壁爆边严重，韧性较好，附着力不足；实验10内壁轻微开裂，外壁轻微爆边，附着力稍微差点；实验11内壁开裂较多，外壁开裂较多。实验10的结果较好，外壁的爆边改善一下能达到客户的需求。
4.4 附着力促进剂量的选择
外涂层爆边，说明粉末的韧性足够了，但附着力不足导致的爆边。增加附着力促进剂可以增加附着力，此附着力促进剂由三个极性基团和一个活性反应基团组成，活性基团带有个活泼氢，可以固化环氧反应，剩下的极性基团提供附着力，是一个比较理想的附着力促进剂。
由表4可得，实验13、14的外壁爆边得到了改善，两者效果相差不大。附着力促进剂添加0.15%效果较好。
4.5 按照GB/T 5135.20-2010标准检测其余性能
将实验13的样粉送客户检测，达到客户的要求；但内壁沟槽较深、膜厚超过350 μm的时候，会有轻微的开裂，需要用环氧修补漆修补，客户能接受此结果。
5 结论
树脂选用四型环氧和七型环氧1比1混合，固化剂选择附着力好的改性酚类固化剂A和柔韧性好的改性酚类固化剂B等于1比1搭配使用，添加0.15%的附着力促进剂可以做出适合后沟槽工艺的粉末涂料。
参考文献：
[1] GB/T 5135.20-2010 《自动喷水灭火系统，第20部分：涂覆钢管》
来源：粉末涂料与涂装2025年第六期
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