水性双组分聚氨酯防锈漆的研制

data-full-width-responsive="true"> 水性双组分聚氨酯防锈漆的研制李幕英 程璐（河北省水性涂料工程技术研究中心，河北晨阳工贸集团有限公司，河北徐水 072550）0 引言传统的溶剂型双组分聚氨酯涂料在制造、施工、干燥、固化、成膜过程中，向空气中散发大量的VOC（挥发性有机化合物），对人类生态环境造成了严重的污染和威胁，故水性双组分聚氨酯涂料越来越受到人们的青睐。水性双组分聚氨酯防锈漆以水性聚氨酯树脂和多异氰酸酯固化剂为原料，不仅具有成膜温度低、光泽高、附着力强等优点，而且节能、环保、安全可靠，广泛应用于汽车、钢结构等领域的涂装。本文介绍了水性双组分聚氨酯防锈漆的制备与性能研究。1 试验部分11 原材料水性聚氨酯树脂，进口；多异氰酸酯固化剂，进口；炭黑，进口；铁黑，拜耳；分散剂，迪高；脱泡剂，迪高；消泡剂，毕克；分散剂，海川；润湿剂，海川；基材润湿剂，毕克；防锈颜料；二乙二醇丁醚，丙二醇甲醚，防闪锈剂，自制；增稠剂，迪高。12 试验配方水性双组分聚氨酯防锈漆配方见表1。13 配制工艺按照涂料配方称取1~8 原料，中速搅拌15 min，然后研磨至细度m ；再加入水性聚氨酯分散体、成膜助剂等，搅拌10 min ；最后用增稠剂增稠，用200 目滤布过滤，便制得水性双组分聚氨酯防锈漆A 组分。将A 组分和B 组分按合适的比例分开包装。14 施工双组分聚氨酯涂料是反应性涂料，涂层的质量与施工有密切关系，除了常规的涂料施工注意事项外，还要特别注意以下几点：（1）A、B 组分按规定质量配比配制，然后充分搅匀。（2）施工有效期为6 h。（3）漆料搅匀后，需要静置20 min，待气泡消失后施工。（4）涂膜需完全干燥后才能涂覆第2 道涂料。15 性能检测将A、B 组分按照一定的比例混合后，加入一定量的水调节黏度，然后进行喷涂，样板于室温干燥7 d后进行性能检测，结果见表2。2 结果与讨论21 成膜树脂的选择本研究选用水性聚氨酯分散体作为成膜物质。水性双组分聚氨酯涂料包括A 和B 两个组分，其中A组分为含OH 的多元醇树脂，其与固化剂B 组分反应生成氨酯键。相比于溶剂型双组分聚氨酯涂料，水性双组分聚氨酯涂料的A 组分具有更好的水分散性，能将B 组分固化剂较好地分散在水中。过去选用的聚氨酯树脂大多为粒径600 nm 左右的多元醇树脂乳液，现今为了提高多元醇体系对固化剂的水分散性，多采用粒径70 nm 的水性多元醇树脂溶液。22 固化剂用量的影响水性双组分聚氨酯涂料的固化剂多为含NCO的低黏度多异氰酸酯。双组分聚氨酯涂料的制备技术之一是确定合适的NCO/OH 配比，若多异氰酸酯用量太小，不足以与羟基反应，则漆膜交联度较低，耐溶剂性、耐热性和耐水性下降，甚至漆膜发软；若多异氰酸酯用量太大，则多余的NCO 吸收空气中的潮气转化成脲，增加交联密度，耐溶剂性以及硬度提高，但是漆膜较脆。固化剂用量对漆膜性能的影响见表3。我们推荐固化剂用量为总量的6% 为宜。23 助剂的选择水性双组分聚氨酯涂料配制过程中常有气泡产生，故需要添加有消泡作用的助剂，而具有消泡作用的助剂可分为消泡剂和脱泡剂。选择消泡剂或脱泡剂的表面张力要低于涂料的表面张力，与涂料体系要有一定的不相容性，但不能产生负面作用。经过实验，选择了有机硅类消泡剂和有机硅类脱泡剂，其用量为01%~03%。就水性涂料体系而言，通过添加少量的基材润湿剂，可降低涂料和基材的界面张力，提高涂料的展布性，防止缩孔，增强附着力。基材润湿剂的用量一定要适中，过多的基材润湿剂会形成胶束，致使加入的消泡剂有一部分进入其中，从而降低消泡效果。润湿剂可降低液/ 固之间的界面张力，增强颜料表面的亲液性，提高机械研磨效率；分散剂吸附在颜料表面具有电荷作用，或产生空间位阻效应，使其处于稳定状态。选择润湿剂和分散剂要适用于体系，否则会导致浮色发花、分层、沉淀等不良现象。本涂料用颜料包括有机颜料和无机颜料，因此选用有机颜料分散剂和无机颜料分散剂配用。24 防锈颜料的选择为了保护金属表面不被腐蚀，必须在涂料配方中加入一定量的防锈颜料。磷酸锌可与涂料中的羟基、羧基形成颜料- 漆料- 底材的高分子络合物，阻止锈蚀的形成和扩展；铁钛粉引入几种纳米粉体材料，形成超致密的涂膜，可有效地阻隔水分子、氯离子、氧气等对钢铁表面的侵蚀；三聚磷酸铝在钢铁底材表面形成致密的钝化膜而使底材得到保护。防锈颜料的筛选结果见图1，最后选用铁钛粉作为防锈颜料，其用量为12%。25 流变助剂的选择用于水性涂料的流变助剂分为3 大类：无机增稠剂类、碱溶胀类增稠剂和聚氨酯类增稠剂。无机增稠剂对光泽以及透明度的影响较大，一般用于色漆；碱溶胀类增稠剂具有较强的增稠性，但是对pH 值较敏感，耐水性不佳，流平性也差，一般与聚氨酯类增稠剂配用；聚氨酯类增稠剂有较好的流动性，对光泽和体系的pH 值影响较小，但是增稠效率低，易流挂；强假塑型聚氨酯增稠剂的增稠效率高，流平性好，不易流挂。增稠剂对涂料性能的影响见表4。最终我们选用强假塑型聚氨酯类增稠剂。3 结语近几年，随着环保意识的增强和对健康的重视，人们将目光转向水性涂料，水性涂料已成为工业涂料发展的必然方向。对水性双组分聚氨酯防锈漆的应用进行深入的研究，使之尽快地应用到工业各领域，将有利于推动整个水性工业涂料的发展。本文研制的水性双组分聚氨酯防锈漆各项性能指标均达到标准要求，同时符合环保要求，又兼具配制工艺简单的优点，性价比高，具有广阔的市场前景。