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      水性雙組分聚氨酯防銹涂料的研究

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      水性雙組分聚氨酯防銹涂料的研究
      李幕英,程璐
      (河北晨陽工貿集團有限公司河北省水性涂料工程技術研究中心,河北徐水 072550)

      0 前言
      近幾年,隨著各國對環保的重視,對溶劑排放的嚴格限制,發展了多種水性涂料。由于傳統的溶劑型雙組分聚氨酯涂料在制造、施工、成膜過程中,向空氣中散發大量的VOC,對人類生態環境構成了嚴重的污染和威脅,故雙組分水性聚氨酯涂料越來越受到人們的青睞。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、附著力強等優點,而且節能環保、安全可靠,廣泛應用于汽車、鋼結構等領域的裝飾。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,成為發展最快的涂料品種之一,從長遠來看,水性聚氨酯涂料勢必取代溶劑型聚氨酯涂料的市場。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 試驗部分
      1.1 原材料
      水性聚氨酯樹脂(進口),異氰酸酯固化劑(進口),炭黑(進口),鐵黑(拜耳),分散劑(迪高),脫泡劑(迪高),消泡劑(畢克),分散劑(海川),潤濕劑(海川),基材潤濕劑(畢克),防銹顏料,丙二醇甲醚、防閃銹劑(自制),增稠劑(迪高)。
      1.2 試驗配方(見表1)
      水性雙組分聚氨酯防銹涂料參考配方
      1.3 制作工藝
      按照涂料配方稱取相應的原料1~8,中速攪拌15 min,然后進行研磨至細度≤25 μm;再加入乳液、成膜助劑等,攪拌10 min;最后用增稠劑增稠,用200目濾布過濾,便制得水性雙組分聚氨酯防銹涂料A組分。將A組分和B組分按照合適的比例分開包裝。
      1.4 施工方法
      雙組分聚氨酯涂料是反應性涂料,涂層的質量與施工有密切關系,對于底材的表面處理,施工環境的溫度、濕度的銜接等等均需注意。故除了一般性涂料施工共通的注意事項外,還要特別注意以下幾點:
      (1)A、B組分按規定質量配比,然后充分拌勻。
      (2)施工有效期為6 h。
      (3)涂料攪勻后需要靜置20 min,待氣泡消失后施工。
      (4)涂膜需完全干后才能涂第二道漆。
      1.5 性能檢測
      A、B組分按照一定的比例混合后,加入一定量的水調節黏度,然后進行噴涂,樣板室溫干燥7 d后進行檢測,檢測結果見表2。
      水性雙組分聚氨酯防銹涂料性能檢測結果
      2 結果與討論
      2.1 樹脂的選擇
      本試驗選用的是水性聚氨酯分散體作為成膜物質,雙組分聚氨酯涂料的涂膜具有優異的耐溶劑性、耐熱性及物理機械性能,現在已經廣泛在工業行業中使用。雙組分聚氨酯涂料分為A、B兩個組分,分別貯存。A組分為含—OH的多元醇樹脂,其與固化劑B組分反應,生成氨酯鍵。雙組分水性聚氨酯涂料的性能主要是由A組分的多元醇樹脂結構決定。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。過去的聚氨酯樹脂多用粒徑在600 nm左右的多元醇樹脂乳液,現今為了提高多元醇體系對固化劑的水分散性,多采用粒徑小于70nm的水性多元醇樹脂溶液。河北晨陽研制的水性雙組分聚氨酯防銹涂料與其他產品性能相比見表3。
      不同類型涂料的性能對比
      2.2 固化劑加入量對涂膜的影響
      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之一是確定合適的n(—NCO)/n(—OH)比例,通常設定n(—NCO)/n(—OH)=1。使1個—NCO基與1個—OH基反應生成氨酯鍵。但實際情況要通過試驗研究,來確定合適的比例。若多異氰酸酯加入太少,不足與羥基反應,則涂膜交聯度較低,抗溶劑性、耐熱性、抗水性下降,甚至涂膜發軟。若多異氰酸酯加入太多,則多余的—NCO基吸收空氣中潮氣轉化成脲,增加交聯密度,提高抗溶劑性以及硬度,但是涂膜較脆。經試驗測試結果(見表4),推薦水性固化劑的加入量為總量的6%。
      不同固化劑的量對涂膜性能的影響
      2.3 助劑的選擇
      雙組分聚氨酯涂料配制過程中時常有氣泡產生的弊端,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,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,但不能產生負面作用,因此要經過試驗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,選擇了有機硅類消泡劑和有機硅類脫泡劑,添加量為0.1%~0.3%。水性涂料體系而言,通過添加少量的基材潤濕劑,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,增強附著力;臐櫇駝┑募尤肓恳欢ㄒm中,過多的基材潤濕劑會形成膠束,致使加入的消泡劑有一部分進入其中,從而降低了消泡效果。潤濕劑降低液/固之間的表面張力,增強顏料表面的親液性,提高機械研磨效率,分散劑吸附在顏料的表面上構成電荷作用或空間位阻效應,使分散劑處于穩定狀態,選擇潤濕劑和分散劑,要適合體系,否則會導致涂料出現浮色發花、分層、浮水、沉淀等不良現象。本試驗顏料包括有機顏料和無機顏料,因
      此選用有機顏料分散劑和無機顏料分散劑搭配使用。
      2.4 防銹顏料的選擇
      為了保護金屬表面不被腐蝕,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-底材的高分子絡合物,阻止銹的形成和發展。鐵鈦粉可引進幾種納米粉體材料,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。防銹顏料的篩選結果如圖1,最后選擇的防銹顏料為鐵鈦粉,加入量為12%。
      圖1 防銹顏料對耐鹽霧的影響
      2.5 流變助劑的選擇
      用于水性工業涂料的流變助劑分為三大類:無機增稠劑類、堿溶脹類增稠劑、聚氨酯類增稠劑。無機增稠劑對光澤以及透明度的影響比較大,一般應用于色漆中。堿溶脹類增稠劑具有較強的增稠性,但是對pH值較敏感、耐水性不佳、流平性差,因此一般與聚氨酯類增稠劑搭配使用。聚氨酯類增稠劑有較好的流動性,對光澤、體系的pH值影響較小,但是增稠效率低,易流掛。強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,然后觀察涂料的性狀及涂膜的表面效果,比較結果如表5。最終選擇假塑型聚氨酯類增稠劑。
      增稠劑的搭配對涂料的影響
      3 結語
      近幾年,隨著人們環保意識的增強和對健康的重視,大家將目光轉向水性涂料行業,于是水性工業涂料漸漸成為工業涂料發展的必然方向。而對水性雙組分聚氨酯防銹涂料的應用進行深入的研究,使之盡快應用到工業涂料領域,將有利于推動整個水性工業涂料行業健康發展。本試驗制得的水性雙組分聚氨酯防銹涂料,經檢測各項性能都達到所要求標準,同時符合環保要求,又兼具制作工藝簡單的優點,故有很高的性價比,具有很好的市場前景。
      (責任編輯:admin)