球墨铸铁管无溶剂聚氨酯防腐涂层涂装工艺研究进展.docx

球墨铸铁管无溶剂聚氨酯防腐涂层涂装工艺研究进展商勃于德梅李宁(西安交通大学环境与化学工程学院 , 西安 710049)摘要介绍了国内外无溶剂聚氨酯涂料在球墨铸铁管防腐领域的应用情况以及此涂料涂装工艺的研究进展 。论述了涂装设备的基本原理以及实现涂装工艺的方法和工艺流程 。关键词球墨铸铁管 , 无溶剂聚氨酯涂料 , 涂装工艺 , 防腐progress in the pa int ing technol ogy of solventf ree pol yurethane coat ing f or duct ile iron pipesshang boyu demeili ning( school of enviro nmental and chemical engineering , xian j iaoto ng u niversit y ,710049)abstractthe applicatio n of solvent f ree polyuret hane coating in t he field of anticorrosio n coating for ductile iro n pipesand t he p rogress of t his painting technology were int roduced in t his paper . the p rinciples of painting equip ment and t he met h2ods and t he p rocess technological of painting technology were also discussed.key wordsductile iro n pipes ,solvent f ree polyuret hane coating ,painting technology , anticorrosio n球墨铸铁管的内 、外表面防腐蚀效果直接影响着它的使用范围和使用寿命 。传统的球墨铸铁管防 腐涂层是 : 内表面以水 泥 作 为 内 衬 ; 外 表 面 是 先 喷锌 ,然后喷涂溶剂型沥青漆 。以水泥作为内衬 ,适用 于清洁自来水的输送 ,但是对于其他腐蚀性强的介 质如酸 、碱等溶液 ,不具备防腐性能 ,耐磨性也较差 , 极大地影响了球铁管应用领域的扩展 。另外 ,沥青 的毒性也是影响其使用的一个重要原因 ,沥青在欧 洲 、美国等西方国家已经被禁止使用1 。有些球墨铸铁管生产厂家尝试将环氧煤沥青 、 熔结环氧粉末等涂料用于球墨铸铁管防腐 ,但是由 于这些涂料性能和应用上的问题 ,未能形成批量生 产 。聚氨酯涂料 、特别是无溶剂聚氨酯涂料以其优异的综合性能 ,引起了球墨铸铁管生产厂家的极大 兴趣 ,他们将无溶剂聚氨酯涂料作为新型防腐涂层 取代传统的防腐涂层 。随着喷涂设备的开发和涂装 工艺的日益成熟 ,无溶剂聚氨酯涂料在国内外球墨 铸铁管防腐领域得到了推广和应用 。1国内外无溶剂聚氨酯涂料的研究进展传统的聚氨酯涂料是将多元醇 、多异氰酸酯 、催化剂 、溶剂 、颜料等分为单组分或双组分配制而成 。而无溶剂聚氨酯涂料是由改性 md i 或 md i 与聚醚 的加成物作为 a 组分 ;由 eo 封端多元醇 、芳香二胺 扩链剂 、催化剂 、颜料作为 r 组分配制而成 。无溶剂 聚氨酯涂料除了具有普通聚氨酯涂料 的 优 异 性 能 外 ,还具有无溶剂 、固化速度快 、工艺简单 、成膜厚度大 、喷涂效率高等优点 。近年来 ,国内外环保法规日 益严格 ,降低 voc 的压力日益增大 ,对溶剂型聚氨 酯涂料的发展造成了很大的影响 。而无溶剂聚氨酯 涂料为 100 % 固 体 分 含 量 , 有 着 广 阔 的 发 展 前 景 。 无溶剂聚氨酯涂料在国外已有 30 多年的历史 。早在 70 年代 , 瑞士 von roll 铸管厂研制和开发了 球铁管专用无溶剂聚氨酯涂料 ,此类球墨铸铁管道 在瑞士主要用于供水管 、煤气管和工业污水管2 。madiso n 化学公司生产的 100 %固体分聚氨酯 弹性涂料 , 产品牌号为 co rroco t e pl u s , 可作者简介 : 商勃 , 男 , 1967 年生 , 硕士研究生 。主要从事高分子材料 、聚氨酯涂料的研究 。第 5 期商 勃等 :球墨铸铁管无溶剂聚氨酯防腐涂层涂装工艺研究进展29 用于钢管 、球墨铸铁管 、水泥管道及其管件的防腐 。由于其形成的涂膜致密坚硬 ,又称为刚性聚氨酯 ,其 硬度可达 70 5 邵氏 d 。taniguchi , kazuo 等 发 明 了 一 种 喷 涂 型 无 溶 剂 聚氨酯弹性涂料3 ,主要用于管子 、罐等铁制品的衬里或保护涂层 ,还可作为防水涂料和绝缘涂料等 。 我国青岛海洋化工研究院 、江苏化工研究所 、烟台华特聚氨酯有限公司也相继开发了无溶剂聚氨酯涂料 , 广泛应用于石油 、化工 、交 通 、海 洋 、建 筑 、水 利 、矿山 、环保和娱乐设施等的装饰和保护4 。2 国内外球墨铸铁管无溶剂聚氨酯涂装工艺211 国外研究进展喷涂聚氨酯弹性体早在 20 世纪 6070 年代就 已现雏形 ,当时主要用于喷砂室地面和大型钢管内衬 ,德国 bayer 公司 、美国 upjo hn 公司 、u niroyal 公司等相继进行过开发研究5 。球墨铸铁管喷涂聚氨 酯弹性体始于 70 年代 , 1973 年 , madiso n 化学公司生产的刚性聚氨酯用于球墨铸铁管的内外壁保护涂层 ,取得了良好的防腐效果 。瑞士 von roll 铸管厂从 1965 年起就开始研 究铸管新型防腐涂料 ,对涂覆 pv c 、pu r 及环氧树 脂进行过系统深入的研究 。从 1972 年起就解决了球铁 管 内 衬 聚 氨 酯 的 组 分 配 方 及 连 续 生 产 问 题 ;1990 年 ,该厂研制成功球铁管外壁涂覆无溶剂聚氨 酯的技术 ,并实现了连续生产 。该厂涂覆聚氨酯是 用如下方法实现的 :21111 内壁涂覆聚氨酯首先 ,对球铁管进行打磨和水压实验 ,然后进行 干燥和喷砂 。在表面处理完成后 ,将球铁管预热到6080 ,进入内喷涂工位 。内壁涂覆聚氨酯时 ,球铁管在工作转台上旋转 ,喷枪伸入管内将聚氨酯喷 射到球铁管内壁 ,聚氨酯在离心力的作用下 ,均匀地 涂覆在球铁管内表面 ,5 min 后凝固成十分光滑的聚氨酯涂层 。此技术中的关键设备是喷枪 , 它的前端是一个 铝制的旋转喷杯 ,喷杯安装在一个气动马达上 ,气动马达在压缩空气的催动下 ,带着喷杯高速旋转 。聚氨酯涂料的双组分分别通过各自的加压泵输送到喷 杯上进行混合并沿切线方向抛向管子内壁 ,内喷系统原理图见图 1 。21112 外壁涂覆聚氨酯涂覆聚氨酯时 ,将球墨铸铁管用顶尖夹起来旋图 1 内喷系统原理图1 - 旋杯喷枪 ;2 - 空气调压阀 ;3 - 控制阀 ;4 - 电磁阀5 - 空气管 ;6 - 涂料管 ;7 - 涂料加压泵 ;8 - 搅拌器 ;9 - 清洗泵转 ,喷枪沿球墨铸铁管轴线方向移动完成聚氨酯涂料的涂覆 。与内喷不同的是 ,聚氨酯的双组分是在 枪外加压混合后供给喷枪的 。双组分在一个喷嘴喷 出 ,喷射压力 80 kg/ cm2 。涂层凝定时间为 5 min 。喷涂结束 ,要马上对喷枪进行清洗 ,以防涂料在喷嘴 内凝固 。21113 涂装过程的工艺示意图212 国内研究进展近几年 ,国内的球墨铸铁管生产厂家也开始着 手于无溶剂聚氨酯防腐涂层的开发 。新兴铸管公司 将此类涂料用作球墨铸铁管的内 、外表面防腐涂层 , 由于此技术在国内球墨铸铁管防腐领域尚属空白 ,在新兴铸管公司和涂料生产厂合作下 ,经过大量的 试验 ,终于研制出了新型的防腐涂层 ,并开发出了除 喷枪系统外的喷涂装置 ,现已实现连续化生产 。下 面对该公司的生产工艺作一简介 。21211 喷涂系统的原理无溶 剂 聚 氨 酯 双 组 分 喷 涂 系 统 主 要 由 美 国 gu sm er 公司生产的 2 :1 抽料泵 、h - 35 主机 、gx 系列喷枪等组成 。作为喷涂无溶剂聚氨酯的专业化 设备 ,本设备具有平稳的物料输送系统 、精确的计量 系统 、均匀的混合系统 、良好的雾化系统及方便的清洗系统6 。喷涂设备安装图见图 2 。如图 2 所 示 , a ( 异 氰 酸 酯 组 分) 、r ( 活 性 氢 组 分) 两种物料分别经由各自的抽料泵从料桶输送至 主机进行计量 、加压 、升温 ,然后输送至喷枪 ,在喷枪 混合后喷出 。21212 内喷涂工艺的实现首先 ,对球铁管内表面进行打磨 ,对外表面进行30 化 工 新 型 材 料第 31 卷速旋转 ,在管子旋转的 同 时 , 进 行 测 温 和 调 温 的 工作 ,当温度降至 5060 时 ,开启喷涂系统 ,使自动 喷枪沿管子轴线做匀速直线运动 ,进行喷涂 ,其喷涂厚度可由喷嘴进行调节 ,也可由喷枪的行进速度进 行调节 ,喷涂完毕后 ,继续旋转 510 min ,待涂层凝 定后 ,下线 ,经检验后 ,包装入库 。在我国球墨铸铁管防腐领域无溶剂聚氨酯涂料 的涂装技术才刚刚起步 ,与国外相比 ,涂装工艺还不够成熟 ,但是 ,随着国内新技术 、新工艺 、新设备的不 断开发 ,无溶剂聚氨酯涂料在我国球墨铸铁管防腐 领域必然有着广阔的发展前景 。图 2 涂装设备安装图抛丸处理 。在表面处理完成后 ,用压缩空气将表面吹扫干净 , 将球铁管预热到 70 80 , 进入内喷涂 工位 。内壁涂覆聚氨酯时 ,球铁管在托轮上旋转 ,当 温度降至 50 60 时 , 打开喷枪开关 , 使涂料充分 雾化 ,同时使喷枪在球墨铸铁管中沿轴线向前行进 ,当喷到承口处 ,停喷枪 ,将小车退回 ,根据管径的大 小决定喷涂遍数 。在最后一遍喷涂完毕后 ,将球铁 管继续旋转 510 min ,待涂层凝定后下线 。21213 外喷涂工艺的实现当内喷 工 序 完 成 后 , 将 球 铁 管 再 次 加 热 ( 60 70 ) ,然后将管子输送到外喷工位 。由旋转装置的2 个顶尖夹紧管子 ,启动 2 台顶尖旋转电机 ,管子匀参考文献1于杰. 重防腐涂料在管道的应用. 化工建设工程 ,2000 ,22 ( 5 ) :44吕龙云 ,郝东江等. 球墨铸铁 环氧涂衬复合管的研究和开发.管道技术与设备 ,2001 , ( 2) :24ep 89313583 . 0盛茂桂 ,邓桂琴. 新型聚氨酯涂料生产技术及应用. 广州 : 广东 科技出版社 ,2001李绍雄 ,刘益军. 聚氨酯树脂及其应用. 北京 : 化学工业出版社 ,2002 ,670672徐顺喜 ,黄微波 , 陈酒姜. 喷涂聚氨酯弹性体设备 h . 聚氨酯23456收稿日期 :2003 - 03 - 28工业 ,2000 ,15 ( 2) :5订阅精细与专用化学品(半月刊) 免费赠送中国精细化工产品购销指南 原料中间体分册精细与专用化学品是由中国化工信息中心主办的专业科技类期刊 ,主要报道国内外精细化工领域 的技术进展 、新产品介绍 、热点产品市场分析 、新建及扩建项目 、市场供求 ,以及终产品的消费态势及对其 原料的需求 。凡在 2003 年 4 月 15 日 - 6 月 15 日期间汇款 ,在我刊发行部订阅精细与专用化学品全年期刊 ( 可跨 年订阅 ,240 元/ 年) 或合订本 (245 元/ 年) 者 ,均可免费获赠 1 册 2002 年 9 月出版的精装中国