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            超长寿命聚天门冬氨酸酯重防腐涂料的研制

                                   超长寿命聚天门冬氨酸酯重防腐涂料的研制
                                                            张余英
                                 (珠海飞扬化工有限公司广东珠海 519050)
                摘要:采用新型结构的聚天门冬氨酸酯作为主体树脂,脂肪族异氰酸酯为固化剂研制成功?#21496;?#26377;超长耐紫外线功能的脂肪族聚脲重防腐涂料探讨了涂层性能的影响因素结果表明该涂料具有高固低黏特性耐紫外线试验超过4 000 h耐磨性能优异是一种优秀的环保型长效重防腐涂料
                关键词:聚天门冬氨酸酯聚脲HDI重防腐涂料耐紫外线超长寿命
                中图分类号TQ630.7+1 文献标识码A 文章编号1006-2556(2012)05-0054-04
                0 前言
                聚天门冬氨酸酯为100%固体分呈液态黏度只有1 0001 500 mPa  s当初研究者将其作为丙烯酸聚氨酯涂料的活性稀释剂?#35789;?#29992;后来发现可以将其做成兼具优异性能的无溶剂涂料或高固体分涂料该类涂料固体含量在90%100%零VOC或极低VOC排放一次施工?#28034;?#33719;得所需膜厚提高了工作效率不仅环保而且节约能源
                该涂料与脂肪族异氰酸酯反应常?#24405;?#21487;成膜涂膜具有卓越的耐候性接近氟碳涂料的耐紫外线性能远远超过传统的丙烯酸聚氨酯(PU)涂料除此以外它还具有超级的耐磨耗性能因此该涂料在重防腐涂料船舶涂料风力发电叶片涂料汽车涂料等领域将具有广泛的应用前景[1-3]
                然而由于传统的聚天门冬氨酸酯只有常用的NH1420和NH1520两个牌号的树脂前者与脂肪族异氰酸酯反应凝胶时间过短只有1520 min的施工时间难以进入常规涂料行业后者虽然凝胶时间较长但玻璃化温度(Tg)太高性脆不能单独使用只能将二者相互改性以弥补彼此缺陷但由此做成的涂料凝胶时间最多不超过0.5 h难?#21592;?#29992;惯了常规涂料的客户所接受
                本文采用珠海飞扬化工有限公司自行研发生产的新型结构的聚天门冬氨酸酯系列树脂作为涂料的主体树脂研制成?#21496;?#26377;超长耐紫外线的环保型聚脲重防腐涂料涂层具有优异的综合性能施工活化期可以延长到23 h解决了长期存在的聚天门冬氨酸酯涂料施工期限过短的问题使聚天门冬氨酸酯聚脲这一性能优异的涂料品种进入包括防腐涂装在内的传统涂装领域成为可能
                1 试验部分
                1.1 主要原料
                主体树脂F524F520聚天门冬氨酸酯珠海飞扬化工
                D2925树脂改性聚天门冬氨酸酯树脂珠海飞扬化工
                颜料金红石型钛白粉R595进口
                助剂BD-8330分散剂BD-8141分散剂佛山贝特尔化工
                其他助剂流平剂BYK消泡剂EFKA防沉剂紫外吸收剂进口
                固化剂原料HDI三聚体拜耳
                SP-103P弹性固化剂珠海飞扬化工
                1.2 基本配方(见表1)
                           
                1.3 制备工艺
                A组分将树脂粉料助剂?#26469;?#21152;入调漆缸中高速分散30 min然后用砂磨机?#24515;?#20998;散?#26009;?#24230;15m以下加入剩下的溶剂以调整黏度和固体含量得到A组分
                B组分将各原料混合均匀后过滤包装
                1.4 涂膜制备
                将AB组分按质量比2 : 1的比例混合喷涂在0.2 mm厚度的马口铁板上根据检测指标的需要马口铁板可预先喷涂底漆涂膜厚度控制(0.20.02)mm制膜标准参照JG/T172-2005涂膜在(252) 条件下固化养护7 d做性能测试
                1.5 性能测试
                1.5.1 常规性能测试
                按企标Q/FY3-2011聚天门冬氨酸酯聚脲防腐蚀涂料标准进行
                主要检测仪器AUW320型分析天平干燥试验箱ISO刮板细度计QTJ弯曲仪QCJ冲击仪MH-1磨耗试验机PosiTest涂层拉力仪CTP701F可编程式高低温试验箱HRTR03调温调湿仪
                1.5.2 耐紫外线(QUV)测试
                检测依据ASTM D4587-2005
                试验仪器QUV加速老化试验箱SM-4-2色差计算机UGV-5D型光泽仪
                1.5.3 盐雾试验
                划格3%中性盐雾试验检测依据GB/T1771-2007
                检测仪器SQ-500-S盐雾试验箱以上测试内容均委托武汉材料保护研究所机械工业表面覆盖层产品质量监督检测中心进行
                2 性能与影响因素
                2.1 涂膜性能(见表2)

                2.2 性能的影响因素
                2.2.1 树脂对性能的影响
                聚天门冬氨酸酯树脂种类的选择对涂层性能有决定性影响树脂F520是一种传统的聚天门冬氨酸酯树脂相当于国外牌号NH1520该树脂的特点是相容性好涂膜外观通透丰满施工活化期长由于F520分子结构中NH基团为冠状侧链烷基?#30001;?#20854;邻位环烷链?#31995;?#30002;基位阻效应妨碍了NHR基团与异氰酸酯NCO基团反应成膜后所形成的分子链的自由旋转导致其涂膜玻璃化温度(Tg)高耐冲击性差研究表明其与HDI三聚体制成的涂膜在10以下便开始变脆对基材附着力全?#21487;?#22833;因此必须对其性能进行改性
                传统改性方法之一是加入羟基丙烯酸树脂并且加入量要非常大此法相当于用F520聚天门冬氨酸酯改?#21592;?#28911;酸树脂效果有限失去了?#23548;?#24847;义第二种方法是加入F420(或拜耳NH1420)确实可以达到改善涂膜脆性的目的但F420单独与HDI三聚体反应活化期20 min当与F520树脂11比例搭配?#20445;?#27963;化期不超过30 min而涂膜表面干燥时间超过3h相当于集中了二者缺点难?#21592;?#20351;用者所接受这应是聚天门冬氨酸酯虽然作为一种优秀的高分子材料却难以在涂料行业顺利推广的根本原因
                为了解决上述难题飞扬化工研制成功F524和D2925两?#20013;?#22411;结构的聚天门冬氨酸酯树脂F524树脂基本性能相似于F420(相当于国外牌号NH1420)不同之处在于和HDI三聚体固化剂反应?#20445;?#20957;胶时间在50 min以?#31232;?#24182;且与有机硅助剂的相容性远好于F420涂膜外观大为改善F524与F520树脂大致以11比例搭配作为高固低黏涂料性能最好其施工活化期23 h涂膜表面干燥时间1 h?#21496;?#39034;利解决了聚天门冬氨酸酯涂料的施工难题
                D2925树脂为固体分60%的聚合型大分子聚天门冬氨酸酯化合物凝胶时间更长柔韧性更好适合与弹性固化剂配?#29486;?#24377;性涂料适当添加可更好地改善涂膜的物理力学性能和施工性能在本涂料配方中用量为10%(质量分数)左右
                2.2.2 固化剂对性能的影响
                聚天门冬氨酸酯涂料有着极好的耐紫外线性能必须选择与之匹配的脂肪族异氰酸酯固化剂研究表明并不是市场上所?#20449;?#21495;的HDI三聚体都能有超长的耐候性这里选用拜耳公司生产的某个牌号固化剂为主体树脂
                由于聚天门冬氨酸酯独特的分子结构分子量小成膜后交联密度比较大有一定的收缩性?#33258;?#25104;涂膜内部应力集中?#39318;?#22909;加入柔性的固化剂来改善之加入10%15%弹性固化剂SP-103P可以使涂膜正反两面冲击试验均超过50 kg  cm这是一种抗紫外线非常好的弹性固化剂可?#21592;?#35777;涂层有足够的韧性
                2.2.3 助剂对性能的影响
                普通有机硅助剂和聚天门冬氨酸酯的相容性有限容易发生缩孔暗泡涂膜失光等缺陷必须优选?#24357;?#21058;流平剂用EFKA3600和BYK333是比较好的选择
                2.2.4 紫外吸收剂的影响[4]
                紫外吸收剂抗紫外线的基本原理是其分子中的特定基团吸收一定波长的紫外光子后电子从基态被激发到高能级轨道导致分子重排形成激发态不稳定的激发态结构重新跃迁回基态?#25351;?#21407;来的结构同时释放能量释放的能量以热能?#38382;?#25918;出如此循环往复将涂膜吸收的紫外光能不?#29486;?#21270;为热能散失掉关系式E=hc/,其中h为普朗克常数为紫外光的波长E为所释放的热能因此加入紫外吸收剂有助于提高聚脲涂层的耐紫外光性能一般推荐添加量为配方的0.5%2.0%(质量分数)
                2.2.5 触变防沉剂剂的选择
                本产品固体分含量在90%以上含40%的钛白粉颜料涂料比重大容易沉积于底部因此必须解决颜料的?#20004;?#38382;题常用防沉剂有有机膨润土气相二氧化硅聚乙烯蜡聚酰?#38450;?#31561;气相二氧化硅在此体系中分散比较困难聚乙烯蜡聚酰?#38450;?#23545;聚脲涂料的凝胶时间有消极影响这里选用有机膨润土作为防沉剂该助剂同时可解决涂料在立面厚涂时的流挂问题
                2.2.6 颜料的选择
                颜料选择兼顾吸油量和耐候性低吸油量的颜料可保证研制出高固低黏的色漆耐候性好的颜料可保证有足够的耐久性此配方中选择金红石型钛白粉和FW200高色素炭黑制成灰色面漆钛白粉添加量为40%(质量分数)?#21592;?#35777;涂膜有足够的遮盖力
                2.2.7 除水剂的选择
                聚天门冬氨酸酯树脂的凝胶时间与许多小分子的催化有关研究表明含羟基的小分子化合物对NHNCO反应有明?#28304;?#21270;作用如?#29366;?#20057;醇?#21494;?#37255;水分等会较大程度缩短涂料的活化期所以聚天门冬氨酸酯聚脲涂料中应避免混入水分和低分子醇根据此原理在配方中加入除水剂或分?#30001;?#19981;失为一?#20013;?#20043;?#34892;?#30340;手段
                2.2.8 防止色漆浮色发花的措施
                聚脲色漆和所有种类的色漆一样由于各种颜料的比重粒径大小不一涂层成膜过程中易形成贝纳德漩涡造成颜色不均匀加入能降低表面张力的有机硅助剂可以?#34892;?#38450;止浮色或发花的现象出现
                2.2.9 聚天门冬氨酸酯聚脲涂料的施工和应用
                由于聚天门冬氨酸酯树脂可做成高固低黏涂料?#34892;?#38477;低VOC含量从理论上?#29627;?#23436;全可以做出无溶剂型涂料考虑到?#23548;?#26045;工的需要一般固含量在90%时比较适合施工借助高压无气喷涂一次施工可达300 m以?#31232;?BR>    3 结果与讨论
                从表2的检测结果可以看出聚天门冬氨酸酯聚脲涂料耐紫外线性能非常突出4 000 h紫外线加速老化检测结果色差E=2.9低于工业涂料领域要求的E3.0的上限值失光为15%低于30%的上限值该结果非常接近氟碳涂料的耐紫外线性能如果与丙烯酸聚氨酯涂料相比较后者一般只能通过1 000 h紫外线测试
                ?#30001;?#36848;常规指标检测结果来看该涂料的特点非常明显固体分高耐磨性好综合性能好尤其克服了过去同类产品冲击韧性不够好的弊端
                在施工方面该聚天门冬氨酸酯聚脲涂料突破了施工活化期短的瓶?#20445;?#27963;化期可达23 h可以像普通涂料一样方便地应用于包括重防腐涂料在内的许多涂装领域
                该聚天门冬氨酸酯聚脲涂料作为耐候型防护面漆与传统环氧富锌底漆(无机富锌底漆)云铁中间漆相配合可以做出绿色环保寿命在30 a以?#31995;?#38271;效重防腐涂料非常适合用于钢结构跨海大桥海洋工程海?#29486;?#20117;平台的防腐蚀涂层以及用于船舶涂料风力发电叶片涂料等
                4 结语
                以新型结构的聚天门冬氨酸酯作为主体树脂研制而成的聚脲防腐蚀涂料具有超长的耐紫外线性能耐磨性优异高固低黏施工期限长等优点与传统防腐底漆/中间漆相结合可做环保型长寿命重防腐涂料
            参考文献
            [1]黄微波,王宝柱,刘培礼.喷涂聚脲领域技术的最新进展聚天门冬氨酸酯聚脲[J].上海涂料,2005,43(5):12-15
            [2]廖有为,熊平凡,赵书超,等.聚天门冬氨酸酯涂料的研制及应用[J].涂料工业,2006,36(3):38-40
            [3]刘成楼,陈学联,毛子辰,等.抗静电隔热防腐聚天门冬氨酸酯涂料的研制[J].上海涂料 2010,48(7):8-10
            [4]?#20013;?#30410;.涂料助剂 [M] (第二版).?#26412;?化学工业出版社,2006:526-531

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