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低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆,低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆是一种兼顾了涂料性能和环境保护的弱溶剂型2K-PU 涂料
2019年11月15日    阅读量:960     新闻来源:中网信息    |  投稿

0 引言

高性能防护涂料必须能抵抗太阳光中紫外线的侵蚀、大自然中雨雪冰冻干湿交替的侵害和化学烟雾、尘埃等的损害,并具有长效保护性。大型公共设施的钢结构除了要保障防腐蚀性能更注重外观装饰性,故防腐涂料体系中的面漆要具有很好的保光保色性。


目前高性能的防腐面漆主要以脂肪族聚氨酯丙烯酸面漆为主,自清洁能力强、更耐久且美观的氟碳面漆和聚硅氧烷面漆也开始有少量应用中国建材网cnprofit.com


从应用场合、外观及性能要求、成本等综合考虑,脂肪族聚氨酯丙烯酸面漆在当今及将来仍占据不可替代的主流地位。弱溶剂可溶的低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆,拥有常规双组分聚氨酯丙烯酸涂料所具有的突出优点,在环保、自清洁、耐久性上更优。


近年来在国外尤其是在日本已取得较快的发展,在重防腐涂料(金属、混凝土)的应用方面已具有一定规模,而在国内研究应用较少。本文将简单介绍弱溶剂可溶的低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆的组成、性能特点及不同于常规聚氨酯丙烯酸面漆的特性。


1 低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆(双组分)组成

低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆由低极性羟基丙烯酸树脂、颜填料、低极性溶剂、助剂和弱溶剂可溶的低极性固化剂组成。拥有常规双组分聚氨酯丙烯酸涂料所具有的突出优点,主要区别在于从树脂、固化剂到溶剂,整个涂料体系的极性较低。其涂膜较常规2K-PU 涂料的表面能低,故自清洁、耐沾污性能优异;耐QUV 耐久性等更优异。


1.1 低极性羟基丙烯酸树脂

本面漆核心技术就是低极性羟基丙烯酸树脂的合成,选用甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯类单体、采用非水分散工艺合成非水分散型丙烯酸树脂。树脂外观呈乳白牛奶状,经透射电镜分析,聚合物胶态粒子分散稳定在低极性有机溶剂中,其中分散粒子呈球形,粒径在0.3~0.5 μm 之间,粒径分布比较均匀,分散度在2.0 左右。该树脂主要特性参数如表1 所示。

表1 低极性丙烯酸树脂的主要特性参数

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采用非水分散聚合方法制备的低极性丙烯酸树脂,主要采用低极性溶剂如脂肪烃类溶剂作分散介质,摒弃了目前溶剂型涂料中应用最广泛的甲苯、二甲苯等溶剂,毒性低,气味小,光化学活性低,具有一定的环保优势;同时保留了常规溶剂型2K-PU 涂料的优点和特点,避免了水性涂料性能、施工上存在的一些不足和缺陷;整个体系的极性较低。


1.2 溶剂的选择及影响

常规聚氨酯丙烯酸涂料中溶剂主要以二甲苯为主,加上部分醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、环己酮、S-100 芳烃溶剂油等,而低极性聚氨酯丙烯酸涂料中溶剂以气味小,毒性低的石油类溶剂、脂肪烃为主,例如庚烷、ExxonD30、D40 等,相对溶解力较弱,极性稍低。虽然非水分散体树脂在低极性溶剂中可分散,但相对单一的低极性溶剂来说,树脂的极性可能偏高,故根据需要在稀释剂中可适当加入少量的极性相对较高的芳烃溶剂如S-100 及酯类溶剂来调整体系的极性和相容性。


1.3 颜料及助剂

在制备低极性聚氨酯丙烯酸防腐涂料时,由于体系的极性较低,一般颜料在体系中较难稳定,尤其是那些特别难以分散的有机颜料,如酞菁蓝、炭黑等,而常规的溶剂型涂料中使用的分散剂在此体系中并不适用,要注意选择低极性涂料体系中适用的润湿分散剂。


1.4 固化剂的选择

在双组分聚氨酯丙烯酸面漆中,需要合理选择配套的固化剂,由于低极性双组分聚氨酯涂料体系的极性很低,常用脂肪族固化剂如Bayer Desmodur 3390 和N-75、旭化成公司的TPA-100 等将难以很好地溶解在体系中,本试验选用的是日本旭化成化学公司的TSA-100,它是一种弱溶剂可溶的低极性HDI 三聚体型固化剂,100%不挥发分且黏度较小,适宜制备高固含防腐涂料。


1.5 白漆参考配方

表2 所示为一种防腐面漆参考配方,可用于大型管道、储罐等的新涂及维修翻新。

表2 白漆参考配方

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注:TSA-100 固化剂(不挥发份:100%,NCO%=20.6%);组分A/B=10/1。

按表2 白漆配方配漆、制板(底材为马口铁板、普通低碳薄钢板)、测试漆膜的部分性能,测试结果详见表3,同时选用一种聚氨酯丙烯酸防腐面漆作参比。

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注:拉开法附着力、人工加速老化、耐盐雾、循环腐蚀试验项目与富锌底漆、环氧云铁中涂配套进行检验。

平行比较低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆和常规聚氨酯丙烯酸防腐面漆,两者常规性能差异不大,人工加速老化结果显示,低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆略优。



2 低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆特性

2.1 涂料的表面张力和漆膜的表面能

为更好地诠释低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆和常规聚氨酯丙烯酸防腐面漆的极性差异,采用全自动表面张力仪和接触角仪分别测定液体涂料的表面张力和漆膜的表面能、接触角。表4 为用BZY-1 型全自动表面张力仪实测的部分溶剂、树脂和涂料的表面张力,表5 为用动/静态接触角仪测定的涂膜表面能和接触角。

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由表4 可知,D40 表面张力小于二甲苯;ECA 692 低极性树脂的表面张力远小于普通羟基丙烯酸树脂;低极性2K-PU 涂料(A 组分)的表面张力小于2K-PU 涂料(A 组分),但比氟碳面漆和改性聚硅氧烷面漆的表面张力还小,有些出乎意料,这一点有待进一步考证。一般而言,低极性溶剂、树脂配制的涂料极性低,表面张力小,漆膜的表面能低,接触角大。低表面张力的树脂液,有利于颜料的润湿、分散,有利于涂膜对底材的润湿,便于涂膜的流平和提高涂膜对底材的附着力。低极性涂料体系中表面张力低至18mN/m,能提供良好的底材润湿性,漆膜表面能低,接触角大,表现强的疏水性,也有利于漆膜表面耐沾污性的提高。


2.2 QUV加速老化试验结果比较

用Q-LAB 公司QUV 加速老化试验机测试低极性2K-PU防腐白漆(ECA 692)和2K-PU 防腐白漆(MC-AT-1)的耐久性,平行比较优劣。测试循环条件为:(1)光照UVA-340、60 ℃、0.71 w/cm2、4 h;(2)凝露50 ℃、4h,测试结果详见表6。

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注:两配方中均未加紫外光吸收剂,若配方中加紫外光吸收剂,老化数据要好很多。

老化结果表明:低极性2K-PU 防腐白漆保光性要明显优于常规2K-PU 白漆。耐QUV 试验中,保光性好坏,主要由树脂决定,ECA 692 低极性树脂合成中选用了较多甲基丙烯酸酯类单体,而苯乙烯用量较少,这也是低极性2K-PU防腐白漆具有很好的耐久性的原因之一;


若涂料配方中添加适量紫外光吸收剂等,也明显能提升涂膜的耐老化性能;涂膜表面状态、表面能也影响最终的耐久性。在查板过程中也发现,低极性2K-PU 防腐白漆试板表面耐沾污性明显好于常规2K-PU 白漆。用水冲洗试板,低极性2K-PU防腐白漆试板冲洗前后,光泽和色差都无明显变化,而常规2K-PU 白漆试板的光泽上升2%~5%,色差数值也略低。


3 结语

由低极性的羟基丙烯酸树脂和脂肪族异氰酸酯交联固化所得的低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆,具有脂肪族聚氨酯丙烯酸涂料的优良特性如优异的保光保色性和耐化学品性能;由于具有较低的表面张力和表面能,耐沾污较优,故在QUV 人工加速老化试验中表现优异;由于少用或不用二甲苯,因而更符合当今涂料发展及环保要求。总之,低极性聚氨酯丙烯酸防腐面漆既保持常规溶剂型聚氨酯丙烯酸涂料的优异性能,同时又降低了涂料本身对环境的影响。


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