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1　前　言

                随着人们环保意识的不断提高和环保法规对挥发性有机物质(ＶＯＣ/ＴＶＯＣ)及有害空气污染物(ＨＡＰｓ)的限制等因素日趋严格,水性涂料将成为21世纪世界涂料市场的主角;近年来防腐涂料工业在不断提高其性能的同时,正迅速向“水性化”方向发展。其中水性双组分聚氨酯涂料正成为水性防腐涂料中的佼佼者,不但有优异的物理性能,而且具有优异的耐老化、耐强酸、耐强碱、耐盐雾(>480ｈ)、耐盐水(>480ｈ)、耐油等化学性能。



本文以德国ＢＡＳＦ羟基丙烯酸乳液(ＬｕｈｙｄｒａｎＳ937Ｔ)和水性ＨＤＩ型固化剂(ＢａｓｏｎａｔＨＷ160ＰＣ)为基料,配合无毒高效的防锈颜料、水性缓蚀剂,配制成性能优越的水性重防腐涂料,并对涂料配方进行了分析。

2　实验部分

2.1　涂料配方(见表1)

2.2　制备工艺将表1配方中1～10依次加入搅拌混合均匀后,在砂磨机中高速研磨至细度≤25μｍ,再加入消泡剂、成膜助剂、水、缓蚀剂,搅拌均匀,过滤包装。

2.3　施工配比主漆Ａ∶固化剂Ｂ∶水=5∶1∶1

2.4　水性双组分聚氨酯重防腐涂料的性能(见表2)



　　               从检测结果我们可以看出水性双组分聚氨酯防腐涂料的性能相当优越,完全可以取代目前大部分的溶剂型防腐涂料。

3　结果与讨论

3.1　基料体系的选择目前用于水性双组分聚氨酯涂料的分散体主要有两种类型如表3所示。



　               　其中二级分散体对固化剂的配比要求较高,而且施工难度较大,早期抗水性较差,因此在本实验中我们选择了一级分散体ＬｕｈｙｄｒａｎＳ937Ｔ和相应的水性固化剂ＨＷ160ＰＣ。

3.2　颜、填料体系的选择

                根据水性聚氨酯涂料的应用要求来选择恰当的颜、填料。对耐酸碱介质的场合,可采用氧化铁红和沉淀硫酸钡等惰性颜、填料;对于有耐光和耐热要求的场合,可采用绢云母和云母氧化铁等颜、填料;若要增加涂膜的耐化学药品性和提高其机械性能,则应选择云母和滑石粉类的填料。对于水性防腐涂料来说,一般尽量避免选用铅、铬等重金属颜料。本实验中选用了三聚磷酸铝和改性磷酸锌为主体的防锈颜料,其特点在于它们能在金属表面形成附着牢固的络合物,同时与漆料的羟基、羧基络合,使颜料、漆料、底材之间形成化学结合,而提高涂层的附着力和抗渗性。

3.3　ｐＨ调节剂的选择

                在水性涂料中,用于调整体系ｐＨ值的助剂较多,如氨水、ＡＭＰ-95、氢氧化钠等,但在水性双组分聚氨酯体系中只能用叔胺(如三乙胺、二甲基乙胺)来调节配方所需的ｐＨ值。这是因为伯胺和仲胺含有活泼的氢,它们容易和固化剂中的异氰酸基团反应,而且会催化—ＮＣＯ基团和水之间的反应。在实验中选用了二甲基乙胺(ＤＭＥＡ)。

                涂料最终体系ｐＨ值对活化期有决定性的影响,ｐＨ值>7将加快—ＮＣＯ基团与水和胺的反应,对于水性双组分聚氨酯涂料,一般将ｐＨ值调节到6～7,这样能达到较长的活化期和最佳的交联密度。

3.4　成膜助剂的选择

                ＬｕｈｙｄｒａｎＳ937Ｔ成膜温度在60℃/140 以上,因此加入某种成膜助剂是非常必要的。在双组分聚氨酯体系中,应尽量避免选用醚醇类成膜助剂,而应选用醚酯类溶剂如乙二醇丁醚醋酸酯(ＥＢａｃ ｅｔａｔｅ)、二乙二醇丁醚醋酸酯(ＤＢａｃｅｔａｔｅ)、碳酸丙酯(ＰＣ)等。成膜助剂、固化剂对Ｓ937Ｔ成膜温度的影响见表4、表5。





                从表4和表5中我们可以看出ＤＢａｃｅｔａｔｅ是成膜效果相当好的成膜助剂(对Ｓ937Ｔ而言),在确定成膜助剂的用量时要考虑固化剂及其中含有的溶剂对成膜温度的影响。

4　水性双组分聚氨酯成膜机理

                水性双组分聚氨酯涂料的成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别,同时与溶剂型聚氨酯涂料的成膜也不完全相同。在溶剂型聚氨酯涂料体系中,含羟基树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂中,形成的体系是均相的,固化反应在分子之间进行,因而固化反应进行得比较完全,所形成的涂膜也是均相的。

                水性聚氨酯涂料为多相成膜,图1为水性双组分聚氨酯涂料的固化成膜示意图。首先当大部分水分蒸发后,乳液粒子相互接触,形成紧密堆积的结构,残余的水分和固化剂分子则处在乳液粒子的间隙处。随着水分的进一步蒸发,乳液粒子开始凝结,形成更为紧密的六边形排列结构。与此同时,固化剂分子扩散到乳液粒子的界面及其内部发生交联固化反应。该固化成膜机理也可解释为水性聚氨酯体系由水包油的状态向油包水转变。



4 1　防闪锈助剂的选择

                水性涂料涂覆在金属表面时易造成涂层表面有闪锈,特别在用于喷砂处理和含碳量较高的金属表面时必须加入防闪锈助剂。目前国内常用的有亚硝酸钠、苯甲酸钠等,虽然可以解决闪锈问题,但有以下缺点:(1)水溶性强,残留在漆膜中极大地影响漆膜的耐盐水性;(2)亚硝酸钠对—ＮＣＯ基团有催化作用,加速固化剂与水的反应,缩短了涂料体的活化期。因此一般选用其他类型的防闪锈助剂,如:有机锌络合物、烷基磷酸盐等。通过实验我们在配方中选用了Ｌ-1,对涂抹的性能和活化期影响较小,一般加入量为0 3%就可以了。

4.2　其它助剂的选择

                在水性双组分聚氨酯防腐涂料中,助剂的选择必须进行认真的试验,首先在设计涂料配方时必须注意溶剂、润湿剂、分散剂、填充料不能与—ＮＣＯ基团进行反应,即应尽量避免所有带活性基团的物质。其次助剂的选择有一定的相容性,若配合不当,可能对漆膜有负面的反应,必须经过大量的试验以确定各种助剂对涂层性能和活化期的影响。

5　结　语

               (1)采用ＢＡＳＦ羟基丙烯酸乳液Ｓ937Ｔ和ＨＷ160ＰＣ固化剂制备的水性双组分聚氨酯防腐涂料的综合性能优越,施工容易,完全可以取代目前大部分溶剂型防腐涂料。

                (2)在配方设计时要充分考虑到各种助剂对水性固化剂—ＮＣＯ基团的影响,如:ｐＨ值、活性基团等。