粉末涂料涂装资料-重防腐粉末涂料制造与涂装技术

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1、重防腐粉末涂料 制造与涂装技术（常州讲座） 吴希革 大庆庆鲁化工技术研究所 大庆开发区庆鲁精细化工有限公司 2007年01月18 日 于大庆前 言 长期以来,防腐涂料作为简单和有效的防腐手段，广泛用于国民经济各领域.但是,随着现代工业的发展,一 批新兴工业领域的出现和许多现代工程的兴建,对防腐涂料承受环境的能力和使用寿命提出了更高的要求. 常用的防腐涂料已不能满足这些需要,大约在 6070年代,人们提出了“重防腐涂料(Heavy-duty Coating)” 的概念.重防腐涂料的概念是在生产实践中形成的，一般都把在苛刻的使用条件下，在一定年限内能有效 防腐的涂料视为重防腐涂料，所谓苛刻的使用条

2、件，可简单概括为以下几方面： 强腐蚀介质，如强酸、强碱，各种盐溶液或溶剂等； 各种高强度机械应力的腐蚀环境； 多种腐蚀因素交互作用的环境；如腐蚀介质与应力作用同时存在的环境；腐蚀介质与固体粒子的摩擦 共存的环境；或渗透性腐蚀气体与气蚀，磨损等多种因素共存的环境。实际上这类腐蚀环境是最常见的， 因为各种工业生产中所使用的设备和储运设施往往处于综合性的腐蚀作用中，也是防腐蚀工作中最富挑 战性的课题； 为了向这些苛刻的使用条件应战，重防腐涂料必须具备独到的性能。首先它必须在重腐蚀环境下紧贴 被保护的基材，不发生脱落、起皮、开裂等现象，才能起到保护作用；其次它应能抵御各种强腐蚀介质 的透过以保护基材，

3、同时涂层的厚度应适应不同要求；第三，涂层应能承受多种机械应力的作用，具有 较长的使用寿命；最后，为了满足使用要求，涂层还应具有更多功能如减阻、节能等。 重防腐粉末涂料及其涂装技术，作为一种新型材料，新的工艺，新的技术在国内开发应用推广已有 十多年了，十多年来在广大科技人员、专家、领导和各个行业的努力下，重防腐粉末涂料做为粉末涂料 的重要组成部分，越来受到防腐界的重视和熟知，一经出现就倍受青睐，享有“4E 涂料”的美誉，是最 具发展前途的粉末涂料品种之一，其应用领域不断扩展，由最初作为管道防腐材料发展到建筑钢筋、钢 结构管件等，西气东输管道工程；杭州湾跨海大桥钢管桩防腐及其建筑钢筋，涂层防腐就是

4、其中例证， 随着新型材料不断出新及其涂装技术的不断发展，其应用前景必将更加广阔。重点介绍重防腐粉末、原材料、生产设备及工艺、涂装技术、应用例证、检测标准及试验方法。旨 在对涉足行业的科技人员、领导、操作人员及广大应用行业的有关人员具有指导和启迪作用。第一章 概述 第一节 重防腐粉末涂料与涂装技术发展史 腐蚀与防护问题多年来一直困扰着人们，特制是随着我国经济建设的发展，基础建设不断增长对防腐 提出了更多，更严格的要求，防腐界地不断探索新的材料，新的涂层来满足更高的要求重防腐环氧粉末 涂料，又称熔结环氧粉末，国外简称 FBE，最早开发于 50年代，20世纪 60年代实现了工业化生产。60 年代初,

5、为保护本公司天然气和原油输送管道免予腐蚀,壳牌(Shell)公司开发了第一种热固性粉末涂料环 氧粉末涂料，并于 1964年研究成功熔融挤出法连续生产粉末涂料的完整工艺。几乎与此同时（1962年） ， 法国萨迈斯（Sames）公司首先推出了粉末静电喷涂设备，实现了将粉末涂料直接涂于不预先加热的金属 工件上，这就首先在欧洲奠定了热固性粉末涂料的生产和应用的基础。其后几经改进，到 1966年逐步达 到了工业化，作为一项新兴的工业发展起来，涂料工业技术和它本身的技术二者结合起来，成为一种独 特的，高效能的涂装技术。 70年代连续两次石油危机的出现使世界涂料的发展方向发生了根本的变化，提出了“4E”原则

6、：经济、 高效、生态、能源，就是说涂料工业的发展规划都要从这四项原则来考虑，以确保人类生存的环境安全 和物质资源的长期使用。于是大力提倡发展所谓省资源、省能源、无公害和无污染的涂料。从这个角度 来衡量粉末涂料，人们对它给予了较高的评价，致使世界各工业化国家的粉末涂料迅速发展。 80年代以后由于工业的迅速发展，产生的废气、废水、废渣等对环境造成了严重污染，引起人们的关 注。特别是工业发达的国家，将环境保护问题提到了重要的议事日程。欧美国家对发挥性有机化合物 （VOC）的限制法规不断发布，例如美国的干净空气法令（Clean Air Act） 、德国的干净空气规定（AT Luft Requlatio

7、n） 、英国的环境保护法令（Environmental Protection Act）等。同时，各国对 AOC 的控制标 准也日益严格。特别在 1992年，联合国环境和发展大会召开以后，环境保护成为世界性的重要问题。这些都积极地推动了以无溶剂、无公害等特点发展起来的粉末涂料技术的迅猛发展。 自 1865年美国在宾夕法尼亚州建设了第一条 9公里长的输油管道以来，国外油气管道的建设已有 100多年的历史，管道运输是水、石油、气体等流体介质量有效的传输方法，但是腐蚀问题一直困绕着管 道行业，防止管道腐蚀问题是一个世界性的难题并且危害极大，因管道腐蚀中国每年经济损失高达数百 亿元人民币。在工业发达国家

8、，每年因管道腐蚀造成的经济损失约占国民总产值的 3%左右。因此如何提 高防腐技术，减少因腐蚀造成的经济损失是防腐界的一个长久课题。40多年来经过不断的发展完善，这 项技术已经走向成熟。迄今为止，已有 10万公里以上的管道使用了熔结环氧粉末，铺设于世界各地 从陆地到海洋，从平原到山地，河流、湖泊，从西伯利亚草原到非洲沙漠，从美洲大陆到中东海湾， 都有熔结环氧粉末的应用实例。 中国熔结环氧粉末技术起步较晚，粉末涂料在管道中的应用，最初是将普通环氧粉末涂料用于自来 水管和一般的工程用管道中。进入 90年代，90年代才开始引进和消化国外先进的环氧粉末及工艺设备等 技术。输油、输气管线防腐应用领域的开拓

9、提出了热固性重防腐环氧粉末涂料（又称熔结环氧粉末涂料） 的需求，经过多年努力，90年代中期国内推出了重防腐系列环氧粉末涂料，并在国家许多重点工程上得 到应用，取得了明显的经济效益和社会效益。据测算，在建的西气东熟管线干线，需粉末涂料约 1.1万吨， 加上支线用粉末涂料，估计总需求量约为 1.5万吨。在“西气东输”工程中，现已供应“西气东输”7个 防腐作业线近 1200t 粉末涂料。此外，我国已批准铺设由西伯利亚至大庆再直通大连的输油管线，国家预 计若干年内还将开发哈萨克斯坦至我国新疆以及国内其他几条输油气干线，粉末涂料的用量至少在 5万 吨以上。在国家许多重点工程上得到应用，取得了明显的经济效

10、益和社会效益，并在国家许多重点工程 上得到应用，取得了明显的经济效益和社会效益，特别是在“西气东输”工程， “杭州湾跨海大桥”用在 海底钢管桩防腐工程中“甬沪宁” 、 “陕-京二线” 、等工程中的应用使国内重防腐粉末涂料有了长足的发 展。 管道的使用寿命在很大程度上取决于钢管的防腐方法，采用良好的涂敷材料和涂敷方法可以使管道 使用寿命达到几十年或更长。五十年代以前，防腐涂层采用的材料主要是煤焦油瓷漆等材料使管道得到 较好的保护，但这些材料也存在很多缺点，应用范围受到一定的限制，直到五十年代末，重防腐熔结粉 末涂料的推出才使管道防护技术产生了一个飞跃，表 1是美国一家油气运输公司根据几十年的经验

11、对几 种防腐材料的评价和对比，由此可以看出熔结粉末涂料无论从技术角度还是经济角度都是其它材料不可 比拟的。 表 1各种防腐涂层材料的技术、经济对比表 涂层类型 优点 缺点 适用范围 包覆层厚 度 使用寿 命 石油沥青 1材料易得 2技术成熟，设备 简单 1易受微生物腐蚀 2易溶于烃类溶剂 3机械性能差，低 温脆化，高温软化 沥青资源 易得地区 6-8mm 沥青+玻璃 布 15-20 年 环氧煤焦 油瓷漆 1机械强度高 2耐腐蚀能力较好 3施工安全 1固化时间长 2环境污染重 地下及海 底管线 4-6mm 一布三漆 20-25 年 塑料胶粘 带 1耐低温性好 2机械强度好 3绝缘电阻高 1能耗高

12、 2材料费用高 3耐高温性差 地势宽阔 土质干燥 地区 1.3-1.8mm 30-40 年熔结环氧 粉末涂层 1耐腐蚀性能好 2机械性能好 3抗阴极剥离强 1表面处理严格 2耐候性差 3吸水率偏高 埋地管道 海底管道 0.3-0.5mm 40-50 年 热塑性线 型聚乙烯 粉末涂层 1耐腐蚀性能好 2耐候性好 3抗机械破坏能力 强 1施工设备要求严 格 2附着力比环氧粉 末差 露天管道 异形管道 弯头等 1-3mm 40-50 年 第二节 重防腐粉末涂料分类、生产与涂装 21重防腐熔结环氧粉末涂料的分类 （1）按用途可分为管道内喷涂用粉、管道外喷涂用粉（单、双层重防腐粉末涂料、耐候重防腐粉末涂

13、料） 、石油井管用粉，以及三层结构防腐用粉单层重防腐粉末涂料，钢筋重防腐粉末涂料，功能性重防腐粉 末涂料； （2）按固化条件可分为：快速固化、普通固化两种类型，快速固化粉末一般在 230 。 C，0.52min 内固化， 用于管道外喷涂或三层防腐结构，由于固化时间短，生产效率高，适合流水线作业。普通固化粉末固化 条件一般在 230 。 C，3min 以上，由于固化时间长，涂层流平好，适用于管道内喷涂。 22粉末涂料的生产设备 粉末涂料的生产主要采用熔融挤出混合工艺，此工艺包括 6道操作工序：预混合熔融挤出混合冷 却粗粉碎细粉碎分级过筛。其中熔融挤出混合和细粉碎是关键步骤。熔融挤出混合使用阻尼式

14、单 螺杆挤出机或双螺杆挤出机，它们伴随着粉末涂料的发展不断改进，朝着高效、高能和自洁型发展。目 前，瑞士Buss公司的PCS100型阻尼式单螺杆挤出机的生产能力达1200/h，PLK800型挤出机的生 产能力达800/h；英国MP/125PC型双螺杆挤出机的生产能力高达4000/h；德国ESK型双螺杆挤出机 的生产能力达800/h。它们都具有极好的自洁能力，易于清洗。细粉碎设备多数采用空气分级磨，即 ACM粉碎机，其在应用中也不断得以改进，转子速度不断提高，目前可达140m/s，机后采用双旋风分离 器，以确保获得符合薄层涂装的较小粒度和较窄粒度分布的粉末涂料。 1995年10月，美国Ferro

15、公司开发出全新的粉末涂料制造方法，称之为VAMP技术，利用二氧化碳在 高压下变成液态作为一种加工流体，起超临界流体作用，借助其有效地搅拌，将配方中的各个组分分散 成均一的混合物，进而这种均一的混合物经极细的喷嘴排出使产品转化为粉末。 23涂装技术的发展 粉末涂料涂装工艺和技术的发展是与粉末涂料的生产制造同步发展、相互促进的。 粉末涂料涂装工艺最初采用流化床浸涂法，20世纪60年代，伴随熔融挤出法连续生产粉末涂料完整工 艺的问世，粉末静电喷涂设备也由法国萨迈斯（Sames）公司研制成功。静电粉末涂装技术也由此诞生， 不断发展成为目前粉末涂装的主要工艺技术。 粉末静电喷涂工艺的设备有：静电粉末喷枪

16、、喷粉室，供粉装置和粉末回收装置。起初静电粉末喷枪 采用高压电晕放电带电喷枪，80年代中期开发了摩擦带电喷枪。目前静电粉末涂装仍以前者为主，近年 来摩擦带电喷枪涂装也已得到了较快地发展，在带电效果和上粉率上有了较大的提高，相应的喷嘴结构 不断的得以改进，匹配的商业化粉末涂料品种也在不断地增多。 喷粉系统各环节在应用中不断改进，目前喷粉室已可自动快速清扫，方便换色。供粉装置精度也不断在 提高，粉末回收方面不断向高效率，小型化发展。整个系统微机控制做到了全自动化，可对不同形状的 被涂物自动记忆，根据被涂物的形状自动控制料量，这为粉末涂料应用领域的不断拓展奠定了基础，提 供了保证。近期，粉末涂料的金属板预涂（PCM）得到了重视，在家用电器用金属板的预涂方面得到很 好的利用。 第三节 重防腐粉末涂料的特点和发展趋向 粉末涂料自开发以来已有半个多世纪，自从 20世纪 70年代石油冲击以来，涂料界已将粉末涂料、水 性涂料和高固体分涂料列为省资源、节能、无公害涂料的三大支柱，获得较快的发展，然而粉末涂料的 发