摘要：

阐述了超大口径钢管内壁涂装熔结环氧粉末的需求、现状、技术要求和难点，采用俗称“一步半法”环氧树脂制得低成本大口径辊涂用环氧粉末涂料，并分析了不同的环氧树脂、固化剂、助剂、颜填料、滚涂温度等对粉末涂料性能的影响。试验结果表明，选择硅微粉以及长纤维硅灰石可以明显提高涂层的韧性。气相二氧化硅和有机增稠剂可以防止滚涂涂装流挂，对涂层的增韧也有积极因素。经表面疏水改性的硅微粉和硅灰石粉可以提高环氧涂层的水煮附着力。采用该方法研制的粉末涂料符合CJ/T120—2016涂层标准，达到饮用水卫生标准。

0 引言

随着我国经济的高速发展，长距离跨流域的引水工程不断开工建设。为了减少输水损耗，引水工程越来越多地采用大口径管道。而钢管由于其耐压强度高，技术成熟，更加适应复杂地形地貌，在众多的大口径管材中具有突出的性价比，是输水管道的首选管材。而经过内外防腐处理的钢管使其使用寿命也大大提高，其使用寿命预期为50a。在饮用水钢管的内外防腐中，CJ/T120—2016以钢管内壁涂覆熔结环氧粉末（FBE）外壁热熔聚乙烯粉末作为首选推荐的内外组合防腐形式。其中，环氧粉末涂覆钢管内壁具有极佳的附着力及可靠的安全性在输水管道行业成为主流的防腐涂层。

CJ/T120—2016标准中涉及的钢管最大直径为DN2000，但随着输水管道行业的技术进步，一些输水工程所使用的钢管直径已经超过了DN2000，如南水北调北京河西支线的输水钢管达到了DN2600，西安水源地引水工程钢管直径也达到了DN2200。近几年DN3600以上的涂塑钢管也屡见不鲜，如珠江三角洲水资源配置工程涂塑钢管直径达到4.8m。因而大直径输水钢管的发展已远超大直径输油管道的发展（通常小于DN1200）。本文将超过DN2000的钢管定义为超大口径钢管。输水管道常用的防腐方式为外热熔PE粉末内熔结FBE，或外缠绕3PE/内热熔FBE。由于内外采用不同的防腐工艺，因而大口径钢管FBE的内涂装，无法采用流化床的涂装方式，只能采用静电喷涂或热滚涂，而热滚涂可以充分利用钢管外壁热熔聚乙烯粉末的余热而达到内壁环氧粉末的充分固化，因而涂装效率好，可以一次加热实现内外壁防腐的一次成型，涂装效率高，工艺简单，因而在大口径输水钢管中为大多数涂装企业所推崇。但随着输水钢管管径的增大，其对粉末涂装的技术难度也相应提高。为满足市场需求，本研究通过对环氧树脂、固化剂、助剂、颜填料的选择，优化配方，结合滚涂工艺，采用价格较为低廉的“一步半法”环氧树脂研制出达到饮用水卫生标准以及符合CJ/T120—2016 涂层标准的大口径输水钢管滚涂用熔结环氧粉末涂料。

1 超大口径钢管内壁涂装熔结环氧粉末的需求和现状

1.1 大口径内涂熔结环氧粉末涂料的技术要求

饮用水管道内壁涂装熔结环氧粉末涂料就必须在以下两方面要符合行业规范。

(1）包括冲击测试、阴极剥离、热水浸泡后的附着力、漏点缺陷等漆膜性能，应当符合CJ/T120—2016标准。CJ/T120—2016标准输送的是＜45℃的饮用水，由于水对有机涂层具有增塑作用，最高可能降低涂层的玻璃化温度40℃，因而为保证输水管道的涂层的湿附着力，粉末涂层的Tg2至少应≥85℃。

(2）漆膜的毒理性要求，应符合GB/T17219—2001卫生标准。漆膜的毒理性测试由第三方检查机构（省级疾控中心）检测。需要提及的是GB/T17219—2001标准中增加了涂层可溶性钡的检测，因而粉末涂料行业中最常用的硫酸钡填料应当慎重使用。

1.2 大口径内滚涂熔结环氧粉末涂料的技术难点

滚涂时，环氧粉末随着大口径管体的旋转而完成对整个管壁的覆盖，超大口径钢管滚涂时转速更慢，因而容易出现以下问题：

滚涂时粉末急剧受热熔化，熔融前没有充分的流动时间使粉末覆盖整个管壁，易造成钢管内壁涂层厚度严重不均匀；

滚涂大口径钢管时钢管转速较慢，粉末熔融后在较低的黏度下维持时间较短，粉末胶化前(黏度急剧增加)时极易出现熔体堆积而产生的流痕现象。

与普通钢管（<DN1600）涂装相比，超大口径钢管通常管壁厚、热容量大，而且钢管表面的温度均匀性更差，某些接近加热热源区域的管体温度可能远高于管体的大部分区域（钢管基体局部“发蓝”），在滚涂时极有可能由于局部高温而产生“气泡”。

因而，FBE粉末涂料的热熔特征-抗流挂性能要与生产工艺良好匹配，这是有技术含量的。此外，环氧饮用水粉末涂料卫生要求较高，对配方中使用的原材料应当精心挑选，尤其需要注意可溶钡指标的超标。

2 试验部分

2.1 原料

本试验用原料如下，环氧树脂A（一步半法，国产市售）；有机酚类固化剂：羟基当量180~200g/mol，含促进剂与附着力促进剂，山东某厂家订制加工；填料：普通硅微粉、疏水改性硅微粉、硅灰石粉、改性硅灰石粉; 增韧剂：聚乙烯醇缩丁醛（PVB，国产）、气相二氧化硅：国产；其他颜料及助剂均以国产市售为主。

2.2 试验配方

试验配方如表1所示。

2.3 样板的制备

将环氧树脂、固化剂、填料及助剂精准称量后混合均匀，经双螺杆挤出机挤出冷却压片，....