粉末涂料是不含溶劑100%固體粉末狀涂料。具有不用溶劑、無污染、節(jié)省能源和資源、減輕勞動強(qiáng)度和涂膜機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。它有兩大類：熱塑性粉末涂料(PE)和熱固性粉末涂料。涂料由特制樹脂、顏填料、固化劑及其它助劑，以一定的比例混合再通過熱擠塑，和粉碎過篩等工藝制備而成。它們在常溫下貯存穩(wěn)定，經(jīng)靜電噴涂、摩擦噴涂(熱固方法)，或流化床浸涂(熱塑方法)，再加熱烘烤熔融固化，使形成平整光亮的永久性涂膜，達(dá)到裝飾和防腐蝕的目的。環(huán)氧粉末涂料是最主要，也是其中性能最好的一種，以其優(yōu)異的附著力、柔韌性，以及卓越的耐腐蝕性和防腐壽命，受到市場的廣泛青睞和歡迎。隨著戶外建筑材料、家電產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，以及各種車輛的日益增多，對涂料產(chǎn)品的需求量不斷增加，無論是品種數(shù)量還是性能要求，都提出了許多有待涂料業(yè)界，與原材料生產(chǎn)廠解決的課題。粉末涂料因其涂裝效率高、無污染，而開發(fā)新的環(huán)氧粉末涂料，+特別是新的環(huán)氧樹脂仍有重要意義。用于粉末涂料的新的環(huán)氧品種，以及應(yīng)用過程中的現(xiàn)狀和問題。
一、鋼質(zhì)管道防腐用熔結(jié)環(huán)氧粉末固化反應(yīng)特性
(一)引言
作為一種新型、優(yōu)異的熱固性樹脂涂料——鋼質(zhì)管道防腐用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料，在國內(nèi)外長距離輸送管道方面已有近40年的應(yīng)用歷史。目前世界上以熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料作底層的，三層聚烯烴結(jié)構(gòu)防腐層(3LPO)長距離輸送管道，相繼發(fā)生了多起投產(chǎn)運(yùn)營三五年后，熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層與鋼管表面粘結(jié)性下降并完全失效的案例。要想獲得良好的實(shí)際使用性能，必須保證管道熔結(jié)環(huán)氧粉末達(dá)到95%以上的固化轉(zhuǎn)化率。應(yīng)用示差掃描量熱法(DSC)技術(shù)，分析測試熱固性樹脂固化特性、固化轉(zhuǎn)化率已經(jīng)成為常用手段。研究了埋地鋼質(zhì)管道建設(shè)專用熔結(jié)環(huán)氧粉末的固化反應(yīng)動力學(xué)模型方程，并在涂敷作業(yè)生產(chǎn)方面進(jìn)行了初步應(yīng)用。
(二)實(shí)驗(yàn)部分
1、原材料
LDP-513，200℃膠化時間15s，固化時間2.5min，河北廊坊立邦立東公司。
2、DSC分析
儀器：DSC822e示差掃描量熱儀，Mettler-To-ledo公司。
實(shí)驗(yàn)方法：選擇5，10，15，20，25℃/min5種升溫速率，從25℃升溫至285℃，由5條DSC過程曲線得到相應(yīng)的固化反應(yīng)放熱峰的峰始溫度Tq、峰頂溫度Tp和峰終溫度Tg，試樣用量(10±1)mg，放置于40μL標(biāo)準(zhǔn)鋁坩堝內(nèi)，密封。
(三)固化動力學(xué)方程式的表達(dá)
熔結(jié)環(huán)氧粉末的固化反應(yīng)動力學(xué)過程，一般遵從n級反應(yīng)固化機(jī)理，可通過Kissinger法獲得反應(yīng)過程的反應(yīng)活化能和反應(yīng)頻率因子，采用Crane公式確定反應(yīng)級數(shù)，最終得到公式1所表達(dá)的固化動力學(xué)方程式。
式中：
為反應(yīng)速率，α為固化轉(zhuǎn)化率，E為反應(yīng)活化能，T為溫度，A為反應(yīng)頻率因子，R為普適氣體常數(shù)A，E，n為反應(yīng)級數(shù)。一經(jīng)確定動力學(xué)3參數(shù)A，E，n，通過對反應(yīng)速率方程的積分便能夠直觀的獲得溫度T、固化轉(zhuǎn)化率α和固化時間t的對應(yīng)關(guān)系。
(三)結(jié)果與討論
1、固化工藝參數(shù)的確定
固化工藝參數(shù)的確定常采用T-β外推法，即溫度T與升溫速率β呈線性關(guān)系。表1列出了5種不同掃描升溫速率β下，所獲得的固化反應(yīng)放熱峰特征點(diǎn)，通過各直線關(guān)系外推到β=0時，可分別近似得到：凝膠溫度Tg=92.76℃，固化溫度Tc=133.94℃，后處理溫度Tt=160.58℃。
表1
管道防腐用熔結(jié)環(huán)氧粉末動態(tài)升溫討程固化特征溫度
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β(℃/min)
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To/℃
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Tp/℃
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Te/℃
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5
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98.15
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138.63
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164.55
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10
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104.73
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151.93
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180.49
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15
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110.18
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160.67
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185.94
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20
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117.39
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166.00
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196.36
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25
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121.05
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171.15
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197.14
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2、固化反應(yīng)動力學(xué)模型方程的確定
通過Kissinger法和Crane公式，得到的該管道專用熔結(jié)環(huán)氧粉末的固化反應(yīng)動力學(xué)模型方程為：
3、利用動力學(xué)方程預(yù)測等溫條件下的固化反應(yīng)特性
根據(jù)固化反應(yīng)動力學(xué)方程繪制的，在不同恒溫點(diǎn)下的固化轉(zhuǎn)化率一時問的關(guān)系曲線(見圖1)。從圖1可以明顯看出：恒溫點(diǎn)溫度越高，達(dá)到一定固化轉(zhuǎn)化率所需的固化時間越短。
對于3120管道涂層而言，并不是固化越快越好、而應(yīng)滿足3個條件，
1)涂敷施工后粉末涂層的粘度不應(yīng)過大，固化-流平性應(yīng)平衡、能充分浸潤鋼管表面提高涂層附著能力；2)膠粘劑纏繞時，熔結(jié)環(huán)氧粉末固化轉(zhuǎn)化率為30%～70%；3)防腐層水冷卻前，至少應(yīng)達(dá)到95%的固化轉(zhuǎn)化率。在廠家推薦的180～200℃的固化溫度下，按固化反應(yīng)動力學(xué)模型方程計(jì)算不同恒溫點(diǎn)下的膠粘劑纏繞時間見表2。
表2
恒溫點(diǎn)下固化轉(zhuǎn)化率-膠粘劑纏繞時間對應(yīng)表
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固化溫度/℃
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膠粘劑纏繞時間
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30%
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70%
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95%
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180
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14
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46
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105
|
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190
|
10
|
31
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71
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200
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7
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21
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49
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充分考慮現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際情況：粉末固化段距離L為2.5m，鋼管直線速度V為1.5m/min，膠粘劑纏繞距離D=0.37m，膠粘劑纏繞時間15s，粉末涂層整體固化時間100s，可確定適用于此條件下的最佳的涂敷固化溫度為190℃，固化轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%時的固化時間為71s。
(五)結(jié)論
1、運(yùn)用溫度-升溫速率(T-β)圖外推法獲得的，該鋼質(zhì)管道防腐用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的固化工藝參數(shù)為：凝膠溫度Tg=92.76℃，固化溫度Tc=133.94℃，后處理溫度Tt=160.58℃。
2、采用Kissinger方程和Crane方程分析計(jì)算確定的，該鋼質(zhì)管道防腐用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料固化反應(yīng)動力學(xué)方程模型為：
3、該體系固化反應(yīng)級數(shù)為0.906，表明固化反應(yīng)是復(fù)雜反應(yīng)。
4、利用上述建立的固化反應(yīng)動力學(xué)方程模型，較好地預(yù)測了該材料體系的固化特性，對今后的管道防腐涂層施工提供了理論參考。
二、粉末涂料涂膜的三種脫漆方法
(一)前言
粉末涂料是一種以樹脂為基料，配以固化劑、顏填料、助劑等，而得到配方，通過一次涂裝成膜，賦予被涂金屬底材良好的外觀和耐久性，這是粉末涂料的主要功能，正是由于其顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，在我國得到快速的發(fā)展。隨著粉末涂料涂料涂裝的日益發(fā)展，便會出現(xiàn)需要脫漆的情況。所謂脫漆即指出除涂膜的過程，因有一些因涂裝質(zhì)量不良，或者在搬運(yùn)過程中造成涂膜損壞，需要重新涂裝；還有對涂裝吊具、掛鉤等的清理，都會遇到脫漆的問題。雖然與粉末涂料供應(yīng)商無多大關(guān)系，但是的確困擾著一部分噴涂企業(yè)的難題。本文試圖介紹一些廠家目前使用的方法，以期拋磚引玉。
(二)粉末涂料涂膜的脫漆方法
粉末涂料脫漆可以分為兩種情況：一種是將失效涂膜除去，而保留功能尚好的涂膜，視具體情況選擇，比如一些家具噴涂，下線時如果出現(xiàn)砂粒，則可以在出現(xiàn)砂粒處打磨光滑，重新噴涂。另一種是完全將基體表面的涂膜脫去，直至露出基材底材。如一些高檔家電用粉，電鍍銀涂膜、吊具、掛鉤等。粉末涂料脫漆的有效方法通常有機(jī)械法、高溫分解、化學(xué)法。
1、機(jī)械脫漆法
機(jī)械脫漆是用機(jī)械摩擦涂膜辦法達(dá)到清除涂膜，通常包括手工打磨、動力工具、噴砂(丸)、高壓水(磨料)射流等方法。粉末涂料施工企業(yè)常用手工或者電動打磨，一般是對不良品的局部區(qū)域，如顆粒、凹陷、起泡等涂層用砂紙等打磨去除，去除的效果是應(yīng)達(dá)到剩余的涂膜完好無損、附著牢靠且涂膜下無銹蝕和氣泡，可以選用不同粒徑的砂紙摩擦涂膜，操作方法簡單易行，但是勞動強(qiáng)度大、效率底下，操作環(huán)境惡劣，一般僅使用于極少量的返工件。
相對于打磨，噴砂(丸)脫漆比較徹底，它是使用一定摩擦介質(zhì)(如鋼丸、沙子、塑料等)，保持一定的速度和力量沖擊涂膜，使之脫漆。根據(jù)摩擦介質(zhì)的不同，清除效果也不一樣，一般都能直接清除到裸露的基材，且能達(dá)到一定的粗糙度。對于向手工打磨工件使用此中方法，無疑是造成了一定的浪費(fèi)，此中方法脫漆，可以確保工件的前處理的質(zhì)量。機(jī)械法脫漆的先進(jìn)的高壓磨料射流技術(shù)，正在迅速發(fā)展中。
