水性雙組分聚氨酯防腐涂料

1、水性雙組分聚氨酯防腐涂料水性雙組分聚氨酯防腐涂料0前言隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高和環(huán)保法規(guī)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)(VOC/TVOC)及有害空氣污染物(HAPs)的限制等因素日趨嚴(yán)格，水性涂料將成為21世紀(jì)世界涂料市場(chǎng)的主角；近年來(lái)防腐涂料工業(yè)在不斷提高性能的同時(shí)，正迅速向水性化方向發(fā)展。其中水性雙組分聚氨酯涂料正成為水性防腐涂料中的佼佼者，它不但有優(yōu)異的物理性能，而且具有優(yōu)異的耐老化、耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿、耐鹽霧(480小時(shí))、耐鹽水(480小時(shí))、耐油等化學(xué)性能。本文以德國(guó)BASF羥基丙烯酸乳液(Luhydran S937T和水性HDI型固化劑(Basonat HW160PC)為基料，配合無(wú)毒高效的防銹

2、顏料、水性緩蝕劑，配制成性能優(yōu)越的水性重防腐涂料，并對(duì)涂料配方進(jìn)行了分析。1實(shí)驗(yàn)部分1.1涂料配方表1主漆A(含羥基組份)序號(hào)原料名稱質(zhì)量份數(shù)1Luhydran S937T*(BASF羥基丙烯酸乳液)4002DMEA(1：1 in Water)83FuC2030(分散劑)34DC65(消泡劑)0.55潤(rùn)濕劑56防沉劑17金紅石鈦白粉52.58硫酸鋇87.59三聚磷酸鋁50-10010改性磷酸鋅50-10011TEGO 822(消泡劑)0.812二乙二醇丁醚醋酸酯1513Water60總計(jì)約800固化劑B(-NCO組份)水性自乳化HDI型固化劑Basonat HW160PC*注：*：Luhydr

3、an S937T為德國(guó)BASF羥基丙烯酸乳液*：Basonat HW160PC為德國(guó)BASF水性自乳化脂肪族異氰酸酯(HDI)1.2制備工藝將配方中1-10依次加入攪拌混合均勻后，在砂磨機(jī)中高速研磨至細(xì)度=25微米，再加入消泡劑、成膜助劑、水、緩蝕劑，攪拌均勻，過(guò)濾包裝。1.3施工配比主漆A：固化劑B：水=5：1：1 1.4水性雙組分聚氨酯重防腐涂料的性能指標(biāo)表2*檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)依據(jù)*耐汽油性(90#7 day)輕微變色(合格)GB/T 1734-88*耐堿性(5%NaOH 7day)無(wú)變化GB/T 9274-88*耐酸性(5%H2SO4 7day)很輕微變色(合格)GB/T 9274-

4、88*耐鹽水性(5%NaCl 7day)無(wú)變化GB/T 9274-88*耐鹽霧性(3%NaCl)240h漆膜無(wú)變化GB/1771-91*耐沾污性%(5次循環(huán))1GB/T 9757-2001*鉛筆硬度2HGB/T 6739-1996A*附著力(劃格1mm),級(jí)1GB/T 9286-1998*耐沖擊性,CM50GB/T 1732-93*柔韌性，CM=2GB/T 1731-93*耐鹽水性(5%NaCl 20 day)無(wú)變化GB/T 9274-88*耐鹽霧性(3%NaCl)480h漆膜無(wú)變化GB/1771-91*QUV(1000h)變色0級(jí)、粉化0級(jí)注：*為國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心結(jié)果*為BASF亞太

5、區(qū)技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果從檢測(cè)結(jié)果我們可以看出水性雙組分聚氨酯防腐涂料的性能相當(dāng)優(yōu)越，完全可以取代目前大部分的溶劑型防腐涂料。2結(jié)果與討論2.1基料體系的選擇目前用于水性雙組份聚氨酯涂料的分散體主要有以下兩類：表3分散體類型一級(jí)分散體二級(jí)分散體典型特征應(yīng)用外加乳化劑穩(wěn)定應(yīng)用羧基基團(tuán)自乳化穩(wěn)定分子量高低典型樹(shù)脂羥基丙烯酸乳液(如BASF S937T)普通建筑漆乳液聚酯乳液聚氨酯分散體成膜特征多相成膜均一成膜使用固化劑類型親水性聚異氰酸酯(如BASF HW160PC)憎水性聚異氰酸酯(如BASF Basonat)混合方式常規(guī)攪拌混合高剪切速混合/需要額外設(shè)備其中二級(jí)分散體對(duì)固化劑的配比要求較高，而

6、且施工難度較大，早期抗水性較差，因此在本實(shí)驗(yàn)中我們選擇了BASF公司的一級(jí)分散體Luhydran S937T和相應(yīng)的水性固化劑HW 160PC。2.2、顏填料體系的選擇根據(jù)水性聚氨酯涂料的應(yīng)用要求來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)念佁盍?。?duì)耐酸堿介質(zhì)的場(chǎng)合，可采用氧化鐵紅和沉淀硫酸鋇等惰性顏填料；對(duì)于有耐光和耐熱要求的場(chǎng)合，可采用絹云母和云母氧化鐵等顏填料；若要增加涂膜的耐化學(xué)藥品性和提高其機(jī)械性能，則應(yīng)選擇云母和滑石粉類的填料。對(duì)于水性防腐涂料來(lái)說(shuō)，一般盡量避免選用鉛、鉻等重金屬顏料。本實(shí)驗(yàn)中我們選用了三聚磷酸鋁、和改性磷酸鋅為主體防銹顏料，其特點(diǎn)在于他們能在金屬表面形成附著牢固的絡(luò)合物，同時(shí)與漆料的羥基、羧基絡(luò)

7、合、使顏料-漆料-底材之間形成化學(xué)結(jié)合而提高土層的附著力和抗?jié)B性。2.3PH調(diào)節(jié)劑的選擇在水性涂料中，用于調(diào)整體系的PH的助劑較多如氨水、AMP-95、氫氧化鈉等，但在水性雙組份聚氨酯體系中只能用叔胺(如三乙胺、二甲基乙胺)來(lái)調(diào)節(jié)配方所需的PH值。這是因?yàn)椴泛椭侔泛谢顫姷臍洌麄內(nèi)菀缀凸袒瘎┲械漠惽杷峄鶊F(tuán)反應(yīng)，而且會(huì)催化-NCO基團(tuán)和水之間的反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)中我們選用了二甲基乙胺(DMEA)。涂料最終體系PH值對(duì)活化期有決定性的影響，PH 7將加快-NCO基團(tuán)和水和胺的反應(yīng)，對(duì)于水性雙組分聚氨酯涂料，一般將PH值調(diào)節(jié)到6-7，這樣能達(dá)到較長(zhǎng)的活化期和最佳的交聯(lián)密度。2.3成膜助劑的選擇Luhy

8、dran S937T成膜溫度在60/140以上,因此加入某種成膜助劑時(shí)非常必要的。在雙組分聚氨酯體系中，應(yīng)盡量避免選用醚醇類成膜助劑，而應(yīng)選用醚酯類溶劑如乙二醇丁醚醋酸酯(EB acetate)、二乙二醇丁醚醋酸酯(DB acetate)，碳酸丙酯(PC)等。表4成膜助劑對(duì)S937T成膜溫度的影響成膜助劑3%6%9%EB acetate503312DB acetate40144PC402618表5固化劑對(duì)S937T沉默溫度的影響S937T/HW100*(固體/固體)10：09：18：27：3成膜溫度60504026注：HW160PC為HW100在PC容劑中60%的溶液從表4和表5種我們可以看出

9、DB acetate是成膜效果相當(dāng)好的成膜助劑(對(duì)S937T而言),在確定成膜助劑的量時(shí)同時(shí)要考慮固化劑及其中含有的溶劑對(duì)成膜溫度的影響。2.水性雙組份聚氨酯成膜機(jī)理水性雙組分聚氨酯涂料的成膜機(jī)理與一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的區(qū)別，同時(shí)與溶劑型聚氨酯涂料的成膜也不完全相同。一般乳液涂料的固化成膜為單一物理過(guò)程，分散相粒子的玻璃化溫度較低，在水分揮發(fā)后就形成緊密堆積的結(jié)構(gòu)，并在毛細(xì)管壓力作用下凝結(jié)成膜。在溶劑型聚氨酯涂料體系中，含羥基樹(shù)脂和固化劑均以分子形式溶解在有機(jī)溶劑中，形成的體系是均相的，固化反應(yīng)在分子之間進(jìn)行，因而固化反應(yīng)進(jìn)行得比較完全，所形成的涂膜也是均相的。水性聚氨

10、酯涂料為多相成膜，圖1為水性雙組分聚氨酯涂料的固化成膜示意圖。首先當(dāng)大部分水分蒸發(fā)后，乳液粒子相互接觸，形成緊密堆積的結(jié)構(gòu)，殘余的水分和固化劑分子則處在乳液粒子的間隙處。隨著水分的進(jìn)一步蒸發(fā)，乳液粒子開(kāi)始凝結(jié)，形成更為緊密的六邊形排列結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，固化劑分子擴(kuò)散到乳液粒子的界面及其內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)。該固化成膜機(jī)理也可解釋為水性聚氨酯體系由水包油的狀態(tài)向油包水轉(zhuǎn)變。(化學(xué)成膜)圖一水性雙組分聚氨酯成膜過(guò)程2.4防閃銹助劑的選擇水性涂料涂覆在金屬表面時(shí)易造成涂層表面有閃銹，特別在用于噴砂處理和含碳量較高的金屬表面時(shí)必須加入防閃銹助劑。目前在國(guó)內(nèi)常用的有亞硝酸鈉、苯甲酸鈉等，雖然可以解決閃銹問(wèn)題，但有以下缺點(diǎn)(1)：水溶性強(qiáng)，殘留在漆膜中極大的影響漆膜的耐鹽水性；(2)：亞硝酸鈉對(duì)-NCO基團(tuán)有催化作用，加速固化劑與水的反應(yīng)，縮短了涂料體的活化期。因此我一般選用其他類型的防閃銹助劑如：有機(jī)鋅絡(luò)合物、烷基磷酸鹽等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們?cè)谂浞街羞x用了L-1，對(duì)涂抹的性能和活化期影響較小，一般加入量為0.3%就可以了。2.5其它助劑的選擇在水性雙組分聚氨酯防腐涂料中,助劑的選擇必須進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真的試驗(yàn),首先在配制涂料配方時(shí)必須注意溶劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、填充料不能與-NCO基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，即應(yīng)盡量避免所有帶活性基團(tuán)的物質(zhì)。其次助劑的選擇有一定的相容性，若配合不當(dāng)