文/薛峰
陕西蓝晟新材料研发有限公司
摘要：随着漆改粉项目的推动，促使薄涂粉末涂料被关注，但薄涂粉末涂料的各项指标、性能是否与常规粉末涂料一致(如耐盐雾性能)还有待考证。粉末涂料的耐盐雾性能是防腐性能的重要表征之一，本文以薄涂对环氧粉末涂料的耐盐雾性能的影响为讨论对象，并通过恒定条件来绘制膜厚与耐盐雾性能的趋势图，提供膜厚区间与耐盐雾性关系。
关键词：粉末涂料；环氧；膜厚；盐雾；薄涂
Development and Performance of Thin-Coat Epoxy Anticorrosive Powder Coating
Xue Feng
(Shaanxi Lansheng New Material R&D Co., Ltd., Xi’an 710086, China)
Abstract: With the promotion of the paint-to-powder transformation project, the thin powder coating has drawn much attention. However, whether the performance of thin powder coating is consistent with that of the conventional powder coating, such as salt spray resistance. The salt spray resistance of powder coatings is one of the important characteristics of anticorrosion performance.This paper discusses the influence of thin coating on the salt spray resistance of epoxy powder coatings, and draws the trend chart of film thickness and salt spray resistance under constant conditions wherein the relationship between film thickness range and salt spray resistance is given.
Keywords：powder coating; epoxy; film thickness; salt spray; thin coating
0 引言
禁止使用高VOCs含量的溶剂型涂料，推广低VOCs含量涂料等措施已成为多行业、多地区的实施推广重点。漆改粉是目前替代油漆的方案之一，同时也促使粉末涂料的发展方向多元化。薄涂是漆改粉其中的一个重要发展方向，但薄涂粉末涂料是否能替代部分油漆还有待考证，例如薄涂后涂膜性能（物理性能、化学性能）是否与常规粉末涂料涂膜性能一致、外观是否能满足市场需求、施工是否和常规粉末涂料一致、贮存是否和常规粉末涂料一致等问题，一直是业内讨论的话题。据目前市场反馈信息，薄涂粉末涂料只有部分性能满足市场需求，与推广信息偏差较大。因此，提升薄涂产品性能是目前产品应用研究的主要课题。
1 防腐机理
环氧粉末涂料是热固性粉末涂料中开发应用最早的一种体系，也是热固性粉末涂料的主要品种之一，具有优异的耐腐蚀性能，可在环境较苛刻条件下使用，并保持长久的防腐使用年限。因此对防腐功能要求比较严格的产品一般会优先考虑使用环氧粉末涂料。
1.1 防腐分类
（1）屏蔽机理：隔离屏蔽的关键是将腐蚀介质隔离在涂层之外，让其不与金属基材接触；通过防腐涂料在基材上形成致密的涂膜，将腐蚀介质与金属基材隔离，并且涂层绝缘没有漏电现象；可以保证基材得到更好的防腐蚀性；（2）钝化机理：通过使基材表面发生钝化，并起到隔离防护作用，通过这种方式隔离腐蚀介质，降低腐蚀速度；（3）电化学机理：在涂层中引入低电位金属；通过牺牲阳极的方式，保护基材，延长金属使用寿命。
1.2 防腐涂料特征
（1）涂层较厚：协同作用下的涂层或一次形成较厚的涂层效果，可以使腐蚀物质更加难以与基材接触；（2）使用期限较长：通常可对被涂物保护近10a或以上；（3）较强的结合力：增加涂层的抗渗透性，在外力作用下，能降低或阻止涂膜破损，更好地保护被涂物。
2 环氧体系薄涂后的耐盐雾性能对比测试
环氧体系粉末涂料在较多领域应用被要求薄涂，并能达到耐盐雾性能标准，不仅是因为被涂物公差限制，也是漆改粉后对部分薄涂粉末涂料的应用替代要求。通过目前薄涂粉末涂料的耐盐雾性能现场案例对比发现，薄涂粉末涂料耐化学性能普遍偏低，与常规粉末涂料相去较大，故此与深圳某博士后研究院共同进行原料改性，以达到提高薄涂粉末涂料的耐盐雾性能的目的，并通过以下实验确定薄涂粉末涂料耐盐雾性能提高的可行性。
2.1 实验仪器实验仪器如表1所示。
2.2 实验原料及配方实验原料及配方如表2所示。
表2中的原料均为市面常见化工原料，除自制原料1、自制原料2是合作开发原料。本实验目的为测试薄涂粉末涂料经改性后耐盐雾性能提高的可行性，并达到市场需求效果，故此没有对其他原料有特殊要求及限制。
2.3 实验粉末涂料制备
（1）物料称量；
（2）通过混料装置进行物料混合（不建议采用物料破碎）；
（3）物料挤出：一区温度90℃，二区温度95℃（设置温度根据本实验物料的基本参数而定）;
（4）通过滚筒进行物料压片（片料厚度：1~1.5mm）、冷却进而破碎（建议破碎后片料温度控制在22~26℃）；（5）破碎后的半成品经过ACM粉碎机进行成品加工（粒径控制范围20~22μm）。
2.4 实验样板制作
（1）实验基材为马口铁，尺寸为130mm×70mm×0.3mm；
（2）前处理：脱脂；
（3）样板喷涂膜厚：（30±5）μm;
（4）固化条件：200℃×15min；
（5）测试样板：A、B、C、D配方，样板各5张（参照板各2张，测试板各3张）。
2.5 检验方法
按GB/T 1771—2007规定进行，样板表面划交叉线，并划透至底材。试验结束后检查样板划线处涂膜表面单向锈蚀蔓延程度及未划线区涂膜破坏现象。
2.6 实验影响因素
（1）实验条件本实验在恒定固化条件、恒定配方架构、恒定基材前处理、恒定检测条件、恒定腐蚀介质环境条件下进行，故此，在不排除其他干扰因素干扰的情况下，本实验结果具有产品性能走向可参考性。
（2）固化A、B、C、D样粉凝胶时间统一控制在（100±10）s范围内(180℃)，并在200℃×15min固化。
（3）基材此次实验基材为施工单位提供经过前处理基材（脱脂），因此不能通过复合改良手段提升涂膜的综合性能是本实验的缺憾。故此，基材仅作为恒定条件之一。
2.7 测试结果与讨论
将A、B、C、D4种配方编号的测试样板进行耐盐雾性能测试，测试结果如表3所示。表3中实验A、B、C、D4组样板膜厚均在(30±5)μm范围内，实验终止条件为划叉后单边腐蚀＞2mm，且未腐蚀区域无起泡、起皮等不良状态（施工方要求）。
由表3可以看出，4个配方的耐盐雾性能按A、B、C、D顺序呈上升趋势，在相同检测条件下，失效后的破坏情况略有不同。A配方90h后，划线部分明显出现起泡、扩蚀状况，且出现轻微起皮现象；B配方130h后，划线部分出现起泡、扩蚀状况，且未出现起皮现象；C配方200h后，划线部分出现轻微起泡、扩蚀状况，且未出现起皮现象；D配方270h后，划线部分出现轻微起泡、扩蚀状况，且未出现起皮现象。由上述测试结果得出，在配方改良后，薄涂后的粉末涂料的耐盐雾效果明显地提升。且随着耐盐雾性能的提升，划线部分扩蚀区域个别出现的不良状态，如轻微起皮、起泡等失效状态也相应好转。
对测试板A、B、C、D4组样品继续测试30h后，A、B未划线区域，出现少量起泡，C、D未出现该类现象。可初步认定为出现此现象的原因是由于涂层抗渗透能力差导致（经改性后的薄涂粉末涂料抗渗透能力提升）。从过往已知经验分析，环氧粉末涂料的耐盐雾性能较强，但从薄涂后的检测数据显示发现，在相同腐蚀介质及相同基材上，环氧体系的薄涂涂膜耐腐蚀情况与常规环氧体系正常施工的粉末涂料的耐盐雾性能相比差距较大，这主要是由于腐蚀介质更容易达到金属基材界面所致。当然，以上结论是在交联密度大体一致情况下得出的实验结论，交联密度也是影响整体涂层耐盐雾性能的因素之一，但本实验是在相同条件下对比薄涂涂层的耐盐雾性能，故此，在恒定条件下的测量暂可不考虑交联密度对耐盐雾性能带来的影响。为了验证不同涂膜厚度对腐蚀介质的屏蔽进而对涂层耐盐雾性的影响。通过采用A配方(常规环氧涂料配方)在相同固化条件下，涂装厚度分别为：（30±5）μm、（60±5）μm、（90±5）μm情况下，对A配方的耐盐雾性能检测板进行检测，测试结果如图2所示。
测试过程中，将部分涂层膜厚在设定边界外的试板同时进行试验。由图2可知，1#试验板在90h后单边腐蚀＞2mm，未腐蚀区域并无发现起泡、起皮等不良状态，且划线部位腐蚀较严重；2#试验板在360h后单边腐蚀＞2mm,未腐蚀区域并无发现起泡、起皮等不良状态，且划线部位腐蚀较严重；3#试验板在720h后个别区域单边腐蚀＞2mm,未腐蚀区域并无发现起泡、起皮等不良状态。由图2试板失效状态可以基本分析出，薄涂粉末涂料与常规粉末涂料在交联密度相似条件下，耐盐雾性能差异主要在涂膜的抗渗透性及耐扩蚀性上，与上述分析基本一致。为清晰判断涂膜厚度对耐盐雾性能的影响（A配方），将实验膜厚在设定边界外的样板及测试样板进行多点绘图，并对节点数据进行研究，分析结果如图3所示。
由图3可以看出，在膜厚27~41μm之间，耐盐雾性能上升幅度较低，基本不发生变化。随着涂层厚度的继续增加，在41~61μm之间，耐盐雾特性上升趋势明显。在膜厚61~96μm之间，耐盐雾性能波动较小，基本呈缓慢上升趋势。可以初步认为，较薄的涂层对腐蚀介质的阻隔作用变弱，导致涂膜耐盐雾性能下降。而且，在某些膜厚区间范围内，耐盐雾性能是处于缓慢变化或是急速上升状态，在设计配方或应用端施工设计过程中，可通过该趋势图进行参考设计，如果可以将膜厚设计在60μm左右，可在施工及配方设计时达到较薄涂层的最佳综合性能，或是在满足公差要求的同时，考虑配方改性。为了验证此次实验趋势的准确性，选用C配方进行上述步骤的测试，结果如图4所示。
如图4所示，在相同固化条件、腐蚀介质、前处理条件下，1#试验板在130h后单边腐蚀＞2mm,未腐蚀区域并无发现起泡、起皮等不良状态，且划线部位腐蚀较严重；2#试验板在630h后单边腐蚀＞2mm,未腐蚀区域并无发现起泡、起皮等不良状态，且划线部位腐蚀较严重；3#试验板在1100h后单边腐蚀＞2mm,未腐蚀区域并无发现起泡、起皮等不良状态。测试结果判定基本与A配方相似。将C配方实验膜厚不在设定边界内的样板及测试样板进行多点绘图，并对节点数据进行研究，分析结果如图5所示。
由图5可以看出，C配方的膜厚与耐盐雾性能趋势与图3的趋势有较高的相似度。在不考虑起始点与最高点的情况下，A配方（常规环氧涂料配方）和C配方的耐盐雾性能趋势相似度与配方改性或耐盐雾性的强弱本身无关，表明在相同交联密度情况下，涂膜厚度区间与耐盐雾特性的动态变化可以在实际应用过程中通过趋势图分析，在公差要求范围内，参考区间性能选择，进行产品配方设计，达到设计、施工的更为准确的测试结果。相对平衡，因此具有较强的配方设计参考性。
3 结语
从上述实验中得出，提高粉末涂料的耐盐雾性能可以使薄涂后的涂层耐盐雾性提高，满足市场对薄涂产品的耐盐雾性能的要求。但在恒定条件下，涂层的厚度与涂层的耐盐雾性有着趋势性的变化，当涂层厚度在40~60μm之间时，耐盐雾性能会快速增长；当涂层厚度在25~40μm之间时，耐盐雾性能差异较小;当涂层厚度＞60μm时，耐盐雾性能成缓慢递增趋势。同时提出2点建议：（1）耐盐雾性能在涂层厚度不改变情况下，建议以屏蔽机理、钝化机理、电化学机理为参考升级方向，进而提高涂膜耐盐雾性能；（2）公差允许情况下，相同的耐盐雾性能可参考趋势表征图进行涂装厚度与性能匹配设定。
本文转载自《涂层与防护》2023年1月第44卷第1期
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