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水性雙組分聚氨酯防腐涂料的研發(fā)與應(yīng)用

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2019/10/13 瀏覽次數(shù)：

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近幾年，隨著各國對環(huán)保的重視，對溶劑排放的嚴(yán)格限制，發(fā)展了多種水性涂料。由于傳統(tǒng)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(fā)大量的VOC，對人類生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)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(yōu)點，而且節(jié)能環(huán)保、安全可靠，廣泛應(yīng)用于汽車、鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)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(fā)展最快的涂料品種之一，從長遠(yuǎn)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.結(jié)果與研究

1.1 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(zhì)，雙組分聚氨酯涂料的涂膜具有優(yōu)異的耐溶劑性、耐熱性及物理機械性能，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛在工業(yè)行業(yè)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(yīng)，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(jié)構(gòu)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(xiàn)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。

1.2 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(shù)之一是確定合適的n(—NCO)/n(—OH)比例，通常設(shè)定n(—NCO)/n(—OH)=1。使1個—NCO基與1個—OH基反應(yīng)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(yīng)，則涂膜交聯(lián)度較低，抗溶劑性、耐熱性、抗水性下降，甚至涂膜發(fā)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(zhuǎn)化成脲，增加交聯(lián)密度，提高抗溶劑性以及硬度，但是涂膜較脆。經(jīng)試驗測試結(jié)果(見表3)，推薦水性固化劑的加入量為總量的6%。

1.3 助劑的選擇

雙組分聚氨酯涂料配制過程中時常有氣泡產(chǎn)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(chǎn)生負(fù)面作用，因此要經(jīng)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(gòu)成電荷作用或空間位阻效應(yīng)，使分散劑處于穩(wěn)定狀態(tài)，選擇潤濕劑和分散劑，要適合體系，否則會導(dǎo)致涂料出現(xiàn)浮色發(fā)花、分層、浮水、沉淀等不良現(xiàn)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。

1.4 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(luò)合物，阻止銹的形成和發(fā)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(jié)果如圖1，最后選擇的防銹顏料為鐵鈦粉，加入量為12%。

1.5 流變助劑的選擇

用于水性工業(yè)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(yīng)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(jié)果如表4。最終選擇假塑型聚氨酯類增稠劑。

2.結(jié) 論

近幾年，隨著人們環(huán)保意識的增強和對健康的重視，大家將目光轉(zhuǎn)向水性涂料行業(yè)，于是水性工業(yè)涂料漸漸成為工業(yè)涂料發(fā)展的必然方向。而對水性雙組分聚氨酯防銹涂料的應(yīng)用進行深入的研究，使之盡快應(yīng)用到工業(yè)涂料領(lǐng)域，將有利于推動整個水性工業(yè)涂料行業(yè)健康發(fā)展。

本試驗制得的水性雙組分聚氨酯防銹涂料，經(jīng)檢測各項性能都達(dá)到所要求標(biāo)準(zhǔn)，同時符合環(huán)保要求，又兼具制作工藝簡單的優(yōu)點，故有很高的性價比，具有很好的市場前景。

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