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水性雙組分聚氨酯防腐涂料的研發(fā)與應(yīng)用

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2019-10-13 瀏覽次數(shù)：

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近幾年，隨著各國(guó)對(duì)環(huán)保的重視，對(duì)溶劑排放的嚴(yán)格限制，發(fā)展了多種水性涂料。由于傳統(tǒng)的溶劑型雙組分聚氨酯涂料在制造、施工、成膜過(guò)程中，向空氣中散發(fā)大量的VOC，對(duì)人類(lèi)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的污染和威脅，故雙組分水性聚氨酯涂料越來(lái)越受到人們的青睞。

水性雙組分聚氨酯防銹涂料以水溶性的聚氨酯樹(shù)脂和含多異氰酸酯的固化劑組成，不僅具有成膜溫度低、光澤高、附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且節(jié)能環(huán)保、安全可靠，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的裝飾。水性雙組分聚氨酯防銹涂料涂膜性能與雙組分溶劑型涂料不相上下，成為發(fā)展最快的涂料品種之一，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，水性聚氨酯涂料勢(shì)必取代溶劑型聚氨酯涂料的市場(chǎng)。本文主要綜述了水性雙組分聚氨酯防銹涂料的制備與性能研究。

1.結(jié)果與研究

1.1 樹(shù)脂的選擇

本試驗(yàn)選用的是水性聚氨酯分散體作為成膜物質(zhì)，雙組分聚氨酯涂料的涂膜具有優(yōu)異的耐溶劑性、耐熱性及物理機(jī)械性能，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛在工業(yè)行業(yè)中使用。雙組分聚氨酯涂料分為A、B兩個(gè)組分，分別貯存。A組分為含—OH的多元醇樹(shù)脂，其與固化劑B組分反應(yīng)，生成氨酯鍵。雙組分水性聚氨酯涂料的性能主要是由A組分的多元醇樹(shù)脂結(jié)構(gòu)決定。相比于溶劑型雙組分聚氨酯涂料，水性雙組分聚氨酯涂料的A組分要有更加良好的水分散性，能將B組分固化劑較好地分散在水中。過(guò)去的聚氨酯樹(shù)脂多用粒徑在600 nm左右的多元醇樹(shù)脂乳液，現(xiàn)今為了提高多元醇體系對(duì)固化劑的水分散性，多采用粒徑小于70nm的水性多元醇樹(shù)脂溶液。

1.2 固化劑加入量對(duì)涂膜的影響

雙組分聚氨酯涂料的固化劑多為含—NCO的低黏度多異氰酸酯。雙組分聚氨酯涂料的制造技術(shù)之一是確定合適的n(—NCO)/n(—OH)比例，通常設(shè)定n(—NCO)/n(—OH)=1。使1個(gè)—NCO基與1個(gè)—OH基反應(yīng)生成氨酯鍵。但實(shí)際情況要通過(guò)試驗(yàn)研究，來(lái)確定合適的比例。若多異氰酸酯加入太少，不足與羥基反應(yīng)，則涂膜交聯(lián)度較低，抗溶劑性、耐熱性、抗水性下降，甚至涂膜發(fā)軟。若多異氰酸酯加入太多，則多余的—NCO基吸收空氣中潮氣轉(zhuǎn)化成脲，增加交聯(lián)密度，提高抗溶劑性以及硬度，但是涂膜較脆。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)表3)，推薦水性固化劑的加入量為總量的6%。

1.3 助劑的選擇

雙組分聚氨酯涂料配制過(guò)程中時(shí)常有氣泡產(chǎn)生的弊端，故需要添加具有消泡作用的助劑。而具有消泡作用的助劑可分為脫泡劑和消泡劑；選擇消泡劑或脫泡劑時(shí)，表面張力要低于涂料的表面張力，與涂料體系要有一定的不相容性，但不能產(chǎn)生負(fù)面作用，因此要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)尋找適合水性雙組分聚氨酯防銹涂料的消泡劑以及脫泡劑。最后，選擇了有機(jī)硅類(lèi)消泡劑和有機(jī)硅類(lèi)脫泡劑，添加量為0.1%～0.3%。

水性涂料體系而言，通過(guò)添加少量的基材潤(rùn)濕劑，可降低涂料和基材的界面張力，提高涂料的展布性，防止縮孔，增強(qiáng)附著力?；臐?rùn)濕劑的加入量一定要適中，過(guò)多的基材潤(rùn)濕劑會(huì)形成膠束，致使加入的消泡劑有一部分進(jìn)入其中，從而降低了消泡效果。

潤(rùn)濕劑降低液/固之間的表面張力，增強(qiáng)顏料表面的親液性，提高機(jī)械研磨效率，分散劑吸附在顏料的表面上構(gòu)成電荷作用或空間位阻效應(yīng)，使分散劑處于穩(wěn)定狀態(tài)，選擇潤(rùn)濕劑和分散劑，要適合體系，否則會(huì)導(dǎo)致涂料出現(xiàn)浮色發(fā)花、分層、浮水、沉淀等不良現(xiàn)象。本試驗(yàn)顏料包括有機(jī)顏料和無(wú)機(jī)顏料，因此選用有機(jī)顏料分散劑和無(wú)機(jī)顏料分散劑搭配使用。

1.4 防銹顏料的選擇

為了保護(hù)金屬表面不被腐蝕，因此必須在涂料配方中加入一定量的防銹顏料，磷酸鋅與涂料中的羥基、羧基，形成顏料-涂料-底材的高分子絡(luò)合物，阻止銹的形成和發(fā)展。鐵鈦粉可引進(jìn)幾種納米粉體材料，形成超致密的涂膜，有效地阻隔水分子、氯離子、氧氣等對(duì)鋼鐵表面的侵蝕。三聚磷酸鋁在鋼鐵底材表面形成致密的鈍化膜，而使底材得到保護(hù)。防銹顏料的篩選結(jié)果如圖1，最后選擇的防銹顏料為鐵鈦粉，加入量為12%。

1.5 流變助劑的選擇

用于水性工業(yè)涂料的流變助劑分為三大類(lèi)：無(wú)機(jī)增稠劑類(lèi)、堿溶脹類(lèi)增稠劑、聚氨酯類(lèi)增稠劑。無(wú)機(jī)增稠劑對(duì)光澤以及透明度的影響比較大，一般應(yīng)用于色漆中。堿溶脹類(lèi)增稠劑具有較強(qiáng)的增稠性，但是對(duì)pH值較敏感、耐水性不佳、流平性差，因此一般與聚氨酯類(lèi)增稠劑搭配使用。聚氨酯類(lèi)增稠劑有較好的流動(dòng)性，對(duì)光澤、體系的pH值影響較小，但是增稠效率低，易流掛。強(qiáng)假塑型聚氨酯增稠劑，增稠效率高，并且流平性好，不易流掛。用以下幾種增稠劑將雙組分水性聚氨酯涂料增稠到相同的黏度，然后觀(guān)察涂料的性狀及涂膜的表面效果，比較結(jié)果如表4。最終選擇假塑型聚氨酯類(lèi)增稠劑。

2.結(jié) 論

近幾年，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)健康的重視，大家將目光轉(zhuǎn)向水性涂料行業(yè)，于是水性工業(yè)涂料漸漸成為工業(yè)涂料發(fā)展的必然方向。而對(duì)水性雙組分聚氨酯防銹涂料的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究，使之盡快應(yīng)用到工業(yè)涂料領(lǐng)域，將有利于推動(dòng)整個(gè)水性工業(yè)涂料行業(yè)健康發(fā)展。

本試驗(yàn)制得的水性雙組分聚氨酯防銹涂料，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)性能都達(dá)到所要求標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)符合環(huán)保要求，又兼具制作工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，故有很高的性?xún)r(jià)比，具有很好的市場(chǎng)前景。

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