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玻纤布/无溶剂环氧防腐涂料复合管道外防腐材料的研制
钱阳1，邱国栋1，毛正和2，朱爱萍1(1.扬州大学化学化工学院，江苏扬州 225002；2.扬州市伊丽特高分子材料科技有限公司，江苏扬州 225009)
0 前言
目前，国内外燃气、煤气及给排水的埋地及架空钢质管道防腐成了腐蚀研究领域的重中之重，其涂装除锈过程十分费力，并且涂装费用很大，许多管道防腐涂料所耐酸碱浓度较低，耐老化性能较差，涂层使用周期短。迄今为止，国内外的科学工作者做了大量的研究和技术创新。三层PE 结构防腐层[1]是目前世界上最先进的防腐结构，被广泛采用。我国在“西气东输”等大型工程也采用此系统。这种结构是由熔结环氧粉末(FBE)、中间层黏结剂(PE-g-MAH)和表层聚乙烯(PE、PP)组合而形成的统一整体，从而提高管道外防腐涂层的机械性能和综合防腐指标。但存在施工工艺复杂、费用大的问题。
环氧煤沥青是一种高性能防腐涂料，在钢制储油罐、油轮压载舱等防腐蚀工程中得到了较广泛的应用。在储运公司站场改造工程中，埋地钢质输油管道采用环氧煤沥青防腐的越来越多。但从环氧煤沥青防腐工艺及多年施工的实际情况来看，埋地钢质管道特别是站内埋地工艺管网采用环氧煤沥青进行防腐，存在严重的环境污染问题，弊大于利，不宜采用。因此，研究与开发新型环境友好型管道防腐材料及施工工艺具有重要的现实意义。
本文研究玻纤布与无溶剂环氧防腐涂料组成的“三油两布”复合防腐材料，采用腰果酚改性酚醛酰胺为无溶剂环氧防腐涂料固化剂，该固化剂不仅具有低温与带湿气可固化的特点，而且具有固化物韧性优异的优点。重点研究复合防腐材料的机械力学性能、热力学性能以及防腐性能，以开发出用于管道外防腐的新型环保型管道防腐材料。
1 试验部分
1.1 原材料
腰果酚改性酚醛酰胺，无溶剂环氧树脂色漆，含环氧树脂25%(质量分数)：扬州市伊丽特高分子材料科技有限公司；玻纤布：南京绿洲建筑材料厂。
1.2 复合材料的制备(见表1)
玻纤布/无溶剂环氧防腐涂料复合管道外防腐材料的制备：
(1)将腰果酚改性酚醛酰胺固化剂加入无溶剂环氧色漆中(环氧树脂色漆与固化剂的比例为20∶4)，搅拌均匀。
(2)涂敷前对管道表面除锈，将色漆涂敷于管道表面，缠绕上玻纤布，缠绕玻纤布时应拉紧，保持表面平整，无褶皱和空鼓。
(3)待其室温表干后按上述一道涂层及一层玻纤布的顺序重复一道程序，等第二道涂层表干后涂敷第三道色漆。
1.3 表征方法
固化剂及固化物的结构采用FTIR表征，美国Varian Cary 610/670显微红外光谱仪，扫描范围：4 00～4 000 cm-1；固化动力学[11]采用差示扫描量热法(DSC)分析，德国NETZSCH DSC 204 F1，N2流量50 mL/min，升温速率10 K/min，温度30～180 ℃。无溶剂环氧涂层及复合材料的热力学性能采用动态力学(DMA)分析，德国NETZSCH DMA 242 C，升温速率2 ℃/min，温度30～180 ℃；力学性能采用万能拉力机测试，美国Instron 3367，拉伸速率1 mm/min；涂膜附着力：按GB/T 1720—1989测定。涂膜铅笔硬度：按GB/T 6739—1996测定。涂膜耐冲击性：按GB/T 1732—1993测定。涂膜柔韧性：按GB/T 1731—1993测定。涂膜耐盐雾性：按GB/T 10125—1997测定。
2 结果与讨论
2.1 腰果酚改性酚醛酰胺的结构(见图1)
图1是腰果酚改性酚醛酰胺的合成示意图，图2是腰果酚改性酚醛酰胺红外光谱图。
位于3 289.8cm-1处较宽的谱带为羟基的伸缩振动峰或N—H键的伸缩振动峰；位于3 008.9 cm-1处的峰为C=C—H键的伸缩振动峰或者是芳环上C—H伸缩振动峰；位于2 923.7 cm-1和2 852.6 cm-1处的峰均为烷基上C—H键的伸缩振动峰；位于825.0 cm-1处的峰是酰胺中C=O键的伸缩振动峰；位于1 649.9 cm-1和1 583.6 cm-1处的两个峰是N—H键的面内弯曲振动峰；位于1 455.3cm-1和1 376.8 cm-1处的峰是C—H键的面内弯曲振动峰；位于1 276.7 cm-1和1 047.9 cm-1之间的峰为C—N键的伸缩振动峰；位于992.5 cm-1和722.2 cm-1之间的吸收峰是芳环上C—H的面外弯曲振动峰，是其特征峰。
2.2 无溶剂环氧树脂涂料的固化动力学(见图3)
根据表2升温速率与峰值温度的关系，做线性回归曲线见图3。
由图3计算得到，酚醛酰胺固化活化能(Ea)为52.4 kJ/mol，与酚醛胺具备类似的反应固化活化能，因此，复合材料可以室温固化。
2.3 复合材料的热机械性能(见图4)
图4为无溶剂环氧涂层及复合材料的DMA图。从图4(a)可知，无溶剂环氧涂层与复合材料的室温储能模量分别是400 MPa与5 000 MPa，随着温度的升高，两者的储能模量逐渐降低，直至达到平衡，平衡储能模量分别是45 MPa与2 000 MPa，相比无溶剂环氧涂层，复合材料的室温储能模量增加了12.5倍，平衡储能模量增加了44倍。从图4(b)可知，无溶剂环氧涂层及复合材料的玻璃化温度分别为48.2 ℃与58.5 ℃，相比无溶剂环氧涂层复合材料的玻璃化温度提高了10.3 ℃。
2.4 复合材料的力学性能
2.4.1 涂层力学性能
表3为无溶剂环氧涂层以及三油两布复合涂层的机械性能测试结果。从表3可知，无溶剂环氧涂层具有优异的抗冲击强度与良好的韧性，复合材料涂层韧性与冲击强度降低，这是因为复合材料涂层测试厚度增加，引入玻纤后刚性增大的结果。
2.4.2 本体力学性能(见图5、表4)
由图5及表4可知，无溶剂环氧涂层与三油两布复合材料的拉伸强度分别为3.60 MPa与15.85 MPa，玻纤布的复合有效地提高了无溶剂环氧涂层的拉伸强度；无溶剂环氧涂层与三油两布复合材料的断裂伸长率分别为8.975%与1.17%，玻纤布的复合会削弱复合材料的韧性，但相比无溶剂环氧涂层，三油两布复合材料的弹性模量提高了18倍。
2.5 耐盐雾性能
表5为无溶剂环氧涂层及三油两布复合涂层耐盐雾测试结果，从表5可知，采用三油两布复合涂层，耐盐雾时间达到10 000 h，具有非常优异的耐腐蚀性能。相比环氧沥青管道防腐涂层的耐酸碱浓度较低，耐老化性能较差，涂层使用周期短的不足，三油两布复合涂层具有理想的耐腐蚀性能。
3 结语
本文以腰果酚改性酚醛酰胺为固化剂，成功地制备出玻纤布/无溶剂环氧防腐涂料组成的“三油两布”复合防腐材料。复合材料可室温固化、施工方便、环保；力学性能优异，具有强而韧的特点，防腐性能优异，是一种值得推广应用的新型环保型管道防腐材料。
