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0 引言
聚苯硫醚树脂（PPS）具有优异的耐高温性和物理力学性能，被广泛用作化工设备的耐蚀衬里涂层。传统的聚苯硫醚悬浮液涂装工艺是将PPS 经6~8 次涂覆、烧结成耐蚀涂层，这样既费时又耗能，且极易引起产品质量的不稳定。因此，改进PPS 涂料性能及其涂装工艺，提高涂装质量和降低成本是推广工作重要的一环。
就PPS 涂料而言，必须克服一次厚涂覆引起的缩孔、龟裂、流挂和黏结力差等弊病。根据粉末涂料流平的机理，流平分2 个过程：首先是粉粒熔化形成连续膜，其次是从连续的不规则膜变成光滑平整表面的过程。此过程所需的时间可用下式表示：
式中：λ——振幅；η——熔融黏度；K——常数；h——涂层平均厚度；r——表面张力；1n（at/ao）——振幅每次减小值。
由上式可见：粉末涂料的成膜流平主要取决于表面张力和熔融黏度。因此，增大PPS 涂层的表面张力，减小熔融黏度是主要研究目标。PPS 涂层的缩孔与涂膜表面张力有一定关系，主要是由于产生表面张力梯度所引起的，表面张力小处的熔体流向表面张力大处，就形成了缩孔。从减少缩孔角度上看，应使熔体流动性变小，这与成膜流平恰好相矛盾，如何解决这对矛盾是本研究的重点。
在高温（250℃以上）下，聚苯硫醚可与空气中的氧气产生交联，但交联速度很慢，交联反应仅能在涂层表面进行。但在某些化学助剂作用下，聚苯硫醚可加速交联。据研究，这些化学助剂并非参与PPS 的化学交联，只是起到了PPS 自身交联的促进剂作用。交联结果可降低熔体流动性和限制分子的结晶，这对涂装工艺和涂层质量均有好处。通过添加另一种易交联高分子，使它与聚苯硫醚产生互穿聚合物网络，用形成二相连续网结构来增加相容性，增大涂层的表面张力，减少表面张力梯度，再通过添加瞬间流平剂降低成膜初期的黏度，是解决上述矛盾的基本出发点。
1 性能测试
熔融流动指数（MFN）：在XRZ-400 熔融指数测定仪上按ASTM 1236—65J 标准进行测定。PPS 的熔点和结晶性变化：在CDR-1 型差热分析仪上测定。
涂层针孔：用J-1 金属防腐检漏仪测定。
2 结果与讨论
2.1 交联剂的影响
为解决PPS 在空气中氧化交联速度过慢的问题，拟通过化学交联剂掺合改性。表1 是PPS 涂料级原粉和添加交联剂的PPS 热处理后测得的MFN 值。
表1 PPS 树脂在不同热处理条件下的MFN值
由表1 可见：纯PPS 的MFN 相当高，达到2 164 g/10 min。说明未改性PPS 的相对分子质量小，材质脆性大，流动性大，不宜作一次性厚涂层用。在空气中热处理，PPS 可产生链增长和氧化交联反应，从250℃ ×3 h 和320℃热处理数据看，MFN 值还是偏大，说明氧气对PPS 的交联速度影响较小；而采用交联剂进行热处理数据均比相应空气中热处理的MFN值要小，加5%C1 交联剂，经250℃ ×1.5 h 热处理就可将MFN 降到100 以下，说明C1 是一种有效交联剂。C2 交联剂热处理后数据表明：它在低温（250℃）的热处理效果明显比C1 要差，但高温（320℃）热处理效果与C1 交联剂相当。
PPS 试样的DTA（差热分析）曲线见图1。从图1可见：在290℃附近出现的吸热峰是PPS 结晶熔化吸热的表征。纯PPS 在空气中氧化交联试样（曲线a）显示出最大的吸热峰；曲线b、c 分别表示加入3%C1、C2 交联剂的PPS，经250℃ ×3 h 热处理后，结晶熔化吸热峰明显减小；加入3%C1、C2 交联剂的PPS，经320℃ ×15 min 热处理后，结晶熔化吸热峰（曲线d、e）与曲线b、c 中的吸热峰大小相似，说明高温短时间热处理与低温长时间热处理效果等同。结晶吸热峰的减小说明材料结晶度的下降，这也表明交联剂掺入PPS 后热处理，使PPS 的分子结构产生了本质的变化，而且可在短时间内达到降低MFN 的效果，这对一次厚涂覆PPS 涂料熔融后不流挂和降低表面张力梯度十分有效。
图l PPS 试样的DTA曲线
2.2 聚金属硅氧烷的影响
聚金属硅氧烷（PMS）是一种含多种与金属或其它材料可反应官能团的耐高温聚合物。它与金属表面反应产生化学结合，可增加PPS 涂料与基材的表面张力。将它与PPS 共混经高温烧结后可形成互穿聚合物网络（IPN），使表面张力更均匀，减少缩孔的发生。将PMS 以一定配比共混于PPS 涂料中，制作涂层，然后比较其性能，结果列于表2。
由表2 可见：未加PMS 的PPS 涂层的抗冲击性、附着力、柔韧性和外观均较差；加入适量PMS 后，涂层性能均有提高，但PMS 量较多时，涂层外观变得较粗糙，柔韧性没有提高。这说明过多的PMS 使PPS 涂层的附着力有很大提高，但过大的交联密度却使涂层柔韧性受到影响。另外，IPN 的形成最终会使PPS-PMS 共混物的熔体黏度增加，虽然它对调控表面张力和增加黏结力有益，但对涂层的起始流平不利。这一不足可通过添加流平剂来降低熔体的起始黏度，促进涂层流平来加以解决。
2.3 流平剂的影响
一定量不同流平剂加入共混料后测得的MFN 数据列于表3。
表3 流平剂对共混PPS 的MFN的影响
由表3 可见：选用的4 种流平剂均能达到增加MFN 的作用，其中2# 流平剂效果最好，MFN 从92 增至405。但对厚涂覆涂层而言，仅需要在短时间内有良好的流平效果，否则将引起涂层较大的流挂。360℃ ×2min 热处理的数据表明，加入2# 流平剂的配方仍有较大的MFN（210），而加入4# 流平剂的配方经360℃ ×2 min 热处理后，MFN 基本回复到不加流平剂的状态（MFN=88）。将加有2# 流平剂的涂层试板（涂层平均膜厚0.3 mm）以45° 倾角放入360℃炉内烘烤30 min，测得倾斜方向5 cm 间隔的厚度差为100 μm。而加有4# 流平剂的涂层试板经同样条件热处理后，5 cm 间隔的厚度差只有30 μm，且涂层外观光滑，既能使涂层流平，又能防止严重的流挂现象。
2.4 涂装工艺
为简化工艺，一次厚涂覆PPS 涂料采用熔融热喷涂方法施工，设备在喷涂前须进炉子烧去油污，然后再作喷砂处理和表面修饰，清洁处理后的设备应及时进炉加热到370℃，保温约0.5 h（根据设备大小而定），恒温后的工件出炉后可用粉末喷枪趁热进行PPS 涂料喷涂，直至不再熔融和达一定厚度后，去除浮粉，再进炉烧结，烧结时间以0.5~1 h 为宜，出炉后的设备经冷水淬火后检测厚度和针孔。
3 结语
根据上述研究结果，通过添加交联剂、PMS、流平剂和采用共混工艺研制的一次厚涂覆PPS 涂料，配合一定工艺制成的涂层经检测，其性能指标如下：
附着力≤ 1 级；抗冲击性≥ 5 J ；柔韧性≤ 1 mm ；耐热性≤ 180℃ ；耐冷热骤变：-230℃ ；涂层针孔检测（0.5 mm）：无针孔。
由于一次厚涂覆大大简化了工艺，采用这种新产品、新工艺，生产成本降低30%~40%，可大大加速PPS 在防腐领域中的推广应用。
