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慈洪涛 ( 上海吉京贸易发展有限公司，上海 200001)     摘要：详述了受阻胺加舍物的原理以厦由此制成的脂肪族聚脲涂料的性能和施工方法。     关键词：爱阻胺加舍物；脂肪族聚脲涂料；施工方法     1 引言     聚脲喷射弹性体是一种综合性能独特的涂料体 系，如快速固化 ( 甚至在冰点以下 ) ，在只喷涂一层时就可以形成高结构的漆膜，不含有机挥发分 (VOC) 且低温韧性好等。目前，大部分所使用的聚脲体系主要为芳香族产品，多由 MDI 预聚物、聚氧化丙烯胺和芳香族胺类组成。此类芳香类产品在光泽和保色性方面存在一定的缺陷，所以在对漆膜外观要求较高的户外面漆的应用上具有很大的局限性。并且对于附着力问题仍然需要通过涂刷底漆、添加附着力促进剂或对底材机械性能的处理来解决。另外聚脲体系的耐化学药品性差，尤其针对溶剂和强酸，所以浸渍方面的应用也由此而受到限制。     目前，已经研发出一种用于制备脂肪族聚脲涂料的新型受阻胺加合物。可直接用于金属底材，不需要底漆和面漆。并且与目前的芳香族聚脲涂料体系相比，具有更长的凝胶时间，这样可以更好地满足漆膜的流动和流平性的需要，以达到面漆所要求的漆膜外观。此体系还具有优异的耐 uV 性、耐化学药品性、附着力和防腐蚀性能。尽管此体系在弹性方面稍逊于芳香族体系，但柔韧性与传统的聚氨酯相比仍具有很好的可比性，并且超过了在工业养护涂料中经常使用的环氧体系。本文详述受阻胺加合物 (HAA) 的原理以及由此制成的脂肪族聚脲体系涂料所达到的性能。     2 原理     在研发脂肪族聚脲涂料方面的进展是源于使用了脂肪族二胺和天冬氨酸酯胺。在研发“慢速固化聚脲涂料”的工作中使用了受阻胺加合物 (HAA) 。 HAA 是由空间位阻伯胺通过与丙烯酸低聚物和／或环氧树脂反应转化为二胺。常规制备 HAA 的反应为 1 mol 的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 (TMPTA) 与 3 mol 的叔 -C12-14 伯胺的反应 ( 见图 1) 。伯胺与丙烯酸酯的反应是通过在适当的条件下 (60 ～ 100 ℃ ) 使用加成反应的方法进行的。由图 1 可明显地看出烷基结构阻隔了二胺基团，并降低了与异氰酸酯的反应率。另外，由于胺基紧邻羰基基团，从而由于邻位效应也降低了胺的反应性。图 2 是一种由 1 mol 双酚 A 二缩水甘油醚 (DGEBPA) 与 2 mol 的叔 -C12-14 ：州胺反应而制成的环氧加合的 HAA 。试验中所使用的叔 -C12-14 胺是一种混合体，图 1 中所显示的结构是这一种典型的胺混合体成分的代表。     与 TMPTA 加合的 HAA 和与环氧加合的 HAA 的 一 些基本性能见表 1 ，凝胶时间的变化趋势与位阻程 度紧密相关。环氧的改性赋予了加合物相关的优异性 能，如附着力和耐腐蚀性能。图 2 中的 DGEBPA 的加合物的黏度明显高于 TMPTA 的加合物，由此所制成的纯树脂为半固体状态，需要用二甲苯溶解来制备涂料。并且 DGEBPA 加合物的凝胶时间与 TMPTA 加合物相比更快，与丙烯酸酯加合物相比较，环氧加合物中存在的羟基与提高反应活性存在必然的关系。 图 1 叔 -C12-14 胺与 TMPTA 反应生成的 HAA   图 2 叔 -C12-14 胺 与 DGEBPA 反应生成的 HAA 表 1 HAA 的基本性能     一 种专门为满足凝胶时间和硬度要求的 HAA ，通过共同使用上述 2 种胺加合物而进行了制备。这种 HAA 以下将被称为“加合型受阻胺加合物 (HybridHAA) ”，是由大约 12 ％的 DGEBPA 加合物和 88 ％ 的 TMPTA 加合物组成的。 TMPTA 加合物是由 1.2 mol 叔 -辛胺和 1.8 mol 叔 -C12-14 胺组合而成。加合型受阻胺加合物的性质见表 1 ，由此种加合型 HAA 组成的涂料的各项性能指标将在后面的章节详述。 3 涂料的性能指标     3 ． 1 施工方法     在测试中使用了 2 种聚脲涂料的施工方法。在实验室中，使用了一种静电混合技术， 2 个组分分别盛装于 2 个盒子中，并与静电搅拌器及气动喷枪相连接。通过这种方法，涂料可以在钢板、铝板和聚酯板底材上散开形成 381 ～ 508 μ m 的漆膜。然而只有脂肪族体系的凝胶时间才能适应此种方法，用于对比的芳香族体系由于凝胶时间太短，而无法使用此方法。     第二种施工方法是使用聚脲涂料在现场施工时常用的 Gusmer GX-7 喷枪，压力控制在 13 ． 78 MPa ，温度范围在 65 ～ 8O ℃。在此温度和压力条件下，聚脲涂料可以获得较好的混合雾化和相应的外观。 2 个组分由泵通过针眼大小的孔输送到喷枪内的混合室，在这里 2 个组分的雾状喷流发生有力的碰撞，从而在短时间内得以很好地混合，混合物几乎同时从喷枪内喷出。     3 ． 2 涂料配方     直接用于金属底材的聚脲涂料的 2 个配方及其性能见表 2 — 5 ，涂料中的已着色的胺与异氰酸酯预聚物的比例分别为 2 ： 1 和 1 ： 1 ， 2 ： 1 比例的配方中使用了没有改性的六亚甲基二异氰酸酯 (HMDI) 三聚体。 表 2 2 ： 1 脂肪族聚脲涂料配方 表 3 2 ： 1 脂肪族聚脲涂料性能 表 4 1 ： 1 脂肪族聚脲涂料配方 表 5 1 ： 1 脂肪族聚脲涂料性能     在 1 ： 1 比例的涂料配方中，胺组分通过添加低胺值的胺成分来改性，调整计量及混合比例，由 HMDI 组成的异氰酸酯组分也通过改性提高 NCO 值来适应 1 ： 1 的比例。在色浆中使用包括硅烷处理过的偏硅酸钙来提高防腐蚀性能。虽然此配方的 PVC 含量偏低 ( 为 3 ． 5 ％ ) ，但仍可以在典型的厚膜聚脲涂料中提供较好的遮盖力。配方的 VOC 可以基本忽略，只是分散剂和消泡剂中含有微量的溶剂。除非额外说明，试验获得的所有数据都是依据 1 ： 1 比例的涂料配方获得。     3 ． 3 用于对比的芳香族聚脲体系     分别从 2 个生产厂家购买了 2 种不同的芳香族聚脲喷射弹性体，用于与此体系做性能上的对比。     3 ． 4 凝胶时间／固化速度     凝胶时间通过 2 种方法测试。第一种方法是使用手工搅拌 20 g 的样品，直至无法搅动为止。第二种方法是使用实际应用中的施工喷涂设备，将材料加热后喷涂在立面底材的一点上，直至材料开始向下流淌，然后停止喷涂，流淌物停止流淌后，这一时间段作为凝胶 时间记录。 值得注意的是尽管凝胶时间被延长了，与芳香族体系相比，脂肪族产品的指压干燥时间仍有很好的可比性，在硬度方面，脂肪族体系的要比芳香族体系的高，并且可在固化的第 1 个小时内迅速形成。所测固化速度、硬度和外观性能见表 6 — 7 。 表 6 固化速度、硬度和外观性能 表 7 脂肪族涂料在不同温度下的固化速度     表 7 显示了不同温度对 2 ： 1 脂肪族聚脲配方体系的固化速度产生的影响，随着温度从 - 18 ℃ 到 50 ℃ 变化，涂层的干燥时间只受到很微小的影响，这种低温固化性能拓宽了聚脲产品的施工季节性，可以在一年中的任何季节内进行施工。     3 ． 5 物理性能     芳香族聚脲体系通常具有较好的弹性以及拉伸性能，而脂肪族聚脲体系具有更好的硬度，但在拉伸性能方面却与芳香族聚脲体系相差很多 ( 见表 8) 。虽然拉伸性能低于芳香族聚脲体系，但如果与涂料工业中常用的环氧和聚氨酯体系相比就明显地具有优异性。 表 8 物理性能比较       加合型 HAA 体系的聚脲涂料被喷涂在各种不同的底材上，在固化 14d 以后，根据 ASTM D-4541 标准，使用了一种剥离附着力测试仪器进行了测试，结果表明脂肪族聚脲涂料的附着力性能总的来讲十分优异 ( 见表 9) ，尤其是在有或没有底漆的多孔底材如混凝土和木制品上。甚至是在 0 ℃ 以下，喷涂在冻结的混凝土底材上，附着力与在室温条件下相比没有任何变化。 表 9 脂肪族聚脲体系涂料在不同底材上的附着力     3 ． 7 耐腐蚀性     由于此聚脲体系是专门设计用于直接涂于金属的涂料，所以耐腐蚀性及防锈性能十分关键。使用 ASTMB117 和 ASTM G85 的方法进行了耐盐雾和黏结力性能测试，样板是用喷涂了此体系聚脲涂料的喷砂处理过的钢板。 2 个加速试验的结果表明，该体系的耐腐蚀性能十分优异，只有极低的起泡和渗痕现象。 表 10 耐腐蚀性能     3 ． 8 耐化学药品性     耐化学药品性的试验是使用了不同的化学物质在相关的漆膜上进行了 24 h 点滴试验 ( 见表 11) ，这种新的脂肪族聚脲体系与常规的高固体分环氧体系相比，具有十分优异的耐化学药品性能，尤其是在耐酸方面特别突出。芳香族聚脲体系的耐溶剂性能比较有限，漆膜容易发生溶胀和变软。所以脂肪族聚脲体系对耐化学药品性有要求的场合具有更广泛的适用范围，如储罐和槽罐车等。 表 11 耐化学药品性能     3 ． 9 耐候性     耐候性通过使用氙弧老化仪 (SAE J1960) 和 QUV A — -340(ASTM D4587) 分别对 各种体系进行了 测试。脂肪族聚脲体系的结果远远高出了其他 2 个芳香族聚脲体系产品。图 3 中 显示了在 QUVA - 340 试验中 60 °光泽变化情 况，脂肪族聚脲 体系在 1 600 h 以后仍然保持了初始光泽的 85 ％ ，但是另外 2 种芳香族聚脲体 系产品在 400h 后就完全失光。图 4 的结果显示了另外 2 种芳香族聚脲体系产品在不到 50h ; 就发生了严重的变色，而脂肪族聚脲体系在 1300h 后 颜色仍然没有变化。图 5 为户外曝晒 10 个月的试验数据，同样地显示了芳香族聚脲体系在不到一个月内就发生了颜色变深的现象，印证了加速老化试验中的结果。   图 4 QUV ? A340 试验中的颜色变化 图 5 户外曝晒试验中的颜色变化     图 6 显示了 脂肪族聚脲体系 的保光性与双组分环氧和丙烯 酸／聚氨酯的比较结果，脂肪族聚脲体系的保光性在试验 1 500 h ． 后，仅稍差于双组 分丙烯酸／聚氨酯体系，远远超过了环氧体系。  图 6 QUV ? A340 试验中保光性       另外，配方中添加 uV 稳定剂会更加促进脂肪族聚脲体系的耐候性能。配方中根据树脂的固体含量添加了 2 ％ UVA 和 1 ％ HALS ，脂肪族聚脲体系的保光性在 1 200 h 的加速 老化试验中明 显地得到了提 高，与没有添加 uV 稳定剂的脂肪族聚脲体系比较相差了 30 个单位 ( 见图 7) 。   图 7 添加 UV 稳定剂的效果测试     4 结语     研发的这种新型 HAA 可以用于生产和制备脂肪 族聚脲涂料，并赋予优异的附着力、耐化学药品性、耐腐蚀性和 UV 稳定性。另外，这种新研发的 HAA 的被延长的凝胶时间还可以满足成膜时对流动和流平时间的需要，形成平整的、没有漆病的薄型漆膜。这些相关的性能特点组合起来，就可以使用一道涂层及施工代替传统的多道涂层及施工。这种新型体系在低温，甚至在 -18 ℃ 时仍可保持快速固化的特点可拓宽聚脲 涂料的施工季节，甚至在寒冷的冬季。   资料来源: hc360慧聪网   图 3 QUV ? A340 保光性对比试验     3 ． 6 附着力 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”