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2防腐蚀涂料过去一直将水性涂料排除在外,但随着水性涂料技术的发展,世界上已有许多成功的金属防腐水性涂料体系,如水性聚氨酯涂料、水性环氧涂料、水性丙烯酸涂料等。
环氧树脂涂料在低温下几乎不能固化,为了弥补这个缺点,人们开始将水性聚氨酯涂料应用于金属防腐蚀中。防腐蚀水性聚氨酯多为单组分聚氨酯,它可低温固化,并且具有突出的耐酸碱性、耐油、耐盐水、耐磨、抗冲击、抗应变等性能,是一类具有优异的综合性能和良好发展前景的防腐树脂涂料基料[7]。但是水性聚氨酯由于以水为分散剂,其涂膜的耐水、耐化学性和耐溶剂性较差[8],若要达到防腐蚀的性能,需要加以改性,常用的改性材料为环氧树脂和丙烯酸树脂。环氧树脂除了含有环氧基团外,还含有羟基基团,能直接参与水性聚氨酯的合成反应;丙烯酸酯含有羟基基团,以共聚或共混的方式对水性聚氨酯进行改性。环氧改性水性聚氨酯涂料具有许多优异的性能,涂膜不仅附着力强,而且具有极好的耐油、耐酸、耐碱、耐盐水、耐水、耐溶剂性[9];丙烯酸改性水性聚氨酯涂料是一类兼具水性丙酸涂料和水性聚氨酯涂料优点的新型涂料,具有优异的耐候性,自增稠性好、固含量高。

吴校彬等[10]以环氧树脂(E20)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)对水性聚氨酯进行改性,通过原位聚合制备了具有防腐蚀性能的水性聚氨酯-环氧树脂-丙烯酸(WPUEA)复合分散液。通过实验发现:当NCO/OH总物质的量比为1.2~1.5,TMP用量为2%~3%,E20用量为4%~6%,DMPA用量为6%~9%,MMA用量为20%~30%时,分散液的储存期超过10×30d,冻融循环大于5,其涂膜硬度大于0.70,拉伸强度大于1×107Pa,耐水性、耐酸碱性、耐溶剂性等较水性聚氨酯(WPU)有明显改善。文秀芳等[11]以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚多元醇(N210)、1,4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙酸(DMPA)和环氧树脂等为主要原料制备了水性聚氨酯树脂,通过环氧树脂的改性,涂膜的耐水性、耐化学品性、硬度和拉伸强度得到显著提高,其综合性能已达到甚至超过国外防腐涂料用水性聚氨酯树脂的综合性能。环氧树脂、丙烯酸树脂复合改性的水性聚氨酯树脂可以制成多种防腐涂料,主要作为防腐面漆使用,水性聚氨酯面漆与环氧底漆配合使用,防腐效果更佳。

1.2防水水性聚氨酯涂料

聚氨酯防水涂料是继煤焦油型、沥青型和彩色型防水涂料之后出现的一种新型防水涂料,由于其具有优异的弹性、耐久性、附着力、耐磨损性、耐药品性、防水层轻、无接缝及容易修补等特点,而被广泛用作外防水层[12]。聚氨酯防水涂料按照分散介质的不同可以分为溶剂型防水涂料、无溶剂型防水涂料和水性防水涂料。水性聚氨酯防水涂料以水作为分散介质,是一种绿色环保的防水涂料,虽然其在性能方面与溶剂型聚氨酯防水涂料存在较大差距,但是水性聚氨酯涂料的无毒、无臭味、无污染空气和水源、不易燃、操作方便、易于清理等优点引起了广大研究者的青睐。而且与其他种类的水性涂料相比,水性聚氨酯涂料成膜后机械性能好,对水泥地面、混凝土、陶瓷、钢铁、石棉等都有较好的粘接性,成膜性好。

在制备水性聚氨酯时,为了使聚氨酯树脂在水中充分分散,通常对聚氨酯树脂进行亲水改性,引入大量的亲水基团,导致其吸水率增大,从而使涂料的耐水性变差,遇水容易发生溶解或溶胀[13]。这不仅影响了水性聚氨酯防水涂料的装饰性能,还使涂料丧失了对基材的防水和保护性能。为了提高水性聚氨酯防水涂料的耐水性,有效方法是使水性聚氨酯与其他树脂复合改性,常用的改性树脂有丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂等。