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水性聚氨酯防腐漆

单组份水性聚氨酯漆相对双组份涂料来说最大的优点是施工简单,但是由于其聚氨酯分子链一般是线型的,属于热塑性聚合物,且带有一定数量的亲水基团,故耐化学试剂性、涂膜硬度、耐热性、耐水等均较差。一般情况下选择合成过程中添加官能度大于2的单体进行内交联改性,不过这样做使得预聚体粘度较大,乳化困难或者乳液储存不稳定,所以就目前来说其改性也是有限作用的。

现在,最常用的水性聚氨酯防腐涂料还是双组份的,它由含羟基的水性多元醇树脂(A组分),含多异氰酸酯的固化剂(B组分)组成。水性聚氨酯防腐涂料的性能决定于多元醇树脂、固化剂以及填料助剂种类。

1、多元醇A组分的选择

水分散多元醇组分有聚酯、聚醚、聚氨酯、聚丙烯酸酯等醇类。含羟基聚丙烯酸酯乳液具有较高的相对分子质量,本身可以成膜,在室温下表干比较快。但是高含量亲水单体在水中容易聚集导致丙烯酸酯乳液难以获得高羟基含量,而且乳液型丙烯酸酯多元醇粒径偏大,较难乳化多异氰酸酯固化剂。使得制备的涂料难以获得好的外观和性能,乳液稳定性也不佳。通常,双组份水性聚氨酯涂料中使用的多元醇为粒径更小的水分散体型。聚丙烯酸酯多元醇分散体具有更好的流变性,对固化剂分散好,涂膜光泽度高。

另外常用的一种水分散多元醇是羟基封端的水性聚氨酯。用于聚氨酯合成的多元醇如聚酯多元醇、聚醚多元醇等种类比较多,一般聚酯多元醇合成的聚氨酯涂料硬度比聚醚型的高,但耐水和耐溶剂性能不如聚醚多元醇的。常用的聚碳酸酯多元醇和聚四氢呋喃多元醇的综合性能比较优异。

一般情况下,随着多元醇分散体中羟基含量的增加,漆膜性能得到不断完善。羟基含量增高,漆膜与固化剂 的交联度越高,必然会使漆膜性能更好。

多元醇中的中和度也对漆膜性能有影响,因为中和度不同分散体的粒径会不一样,而更小的粒径有利于羟基和异氰酸酯根的反应,增大交联密度,提高漆膜性能。但是中和度过高分散体粘度会增大,且会加快副反应的进行而使涂膜性能下降。

作为双组份水性聚氨酯涂料,羟基组分的玻璃化转变温度(Tg)对漆膜性能也有影响。当Tg低于或者接近室温时,聚合物链相对比较柔顺,分散体粘度比较小,有利于固化剂进行交联反应。随着羟基组分Tg的提高,同等外界条件下分散体粘度增大,分散体的自由体积容易被冻结,原来的远程协同分子作用逐渐被分子的振动和短程旋转运动所替代,整体表现为链段运动受阻,降低了交联反应程度。


2、固化剂B组分的选择


双组份水性聚氨酯涂料用固化剂大多是低粘度多异氰酸酯,常用脂肪族和芳香族两类,脂肪族多异氰酸酯耐黄变性好、涂膜外观好,干燥速度和活化期具有良好的平衡。例如选择HDI为固化剂制备的漆膜容易流平,外观好,漆膜柔韧耐刮;选用IPDI制备的漆膜干燥速率快、硬度相对HDI高,具有较好的耐化学品性和耐磨性。异氰酸酯的二聚体和三聚体也是聚氨酯涂料常用的固化剂。

在水性体系中为了提高固化剂的水分散性,对异氰酸酯要进行必要改性:如非离子亲水改性,阴离子亲水和阳离子亲水改性。非离子改性多异氰酸酯是通过引入聚乙二醇单醚来实现的。由于引入亲水性单体,涂膜耐水性下降,交联密度也会降低。利用DMPA等与异氰酸酯或其多聚体反应,再用相关中和剂中和即可得到离子改性的多异氰酸酯固化剂。粒子改性的固化剂比聚乙二醇类改性固化剂获得的涂膜具有更好的耐水性和更高的交联密度。

固化剂的用量在成膜中也是很重要的因素。通常由A组分中羟基含量来决定。一般固化剂用的少,涂膜交联密度低,涂膜硬度下降且各种耐操性均会下降;但用多了固化剂与水反应(主要副反应)生成的脲基较多,在提高涂膜硬度的同时涂膜耐冲击性能势必下降,所以固化剂存在一个平衡的最佳用量。

3、颜填料体系的选择

颜填料是水性聚氨酯防腐涂料中重要的成分,可以根据应用要求恰当的进行选择。对于酸碱介质的环境场合,可采用氧化铁红和沉淀硫酸钡等惰性颜填料;对于有耐光和耐热要求较的情况,可采用绢云母和云母氧化铁;若对耐化学药品性要求高,则可选用云母和滑石粉类的填料;另外云母和石墨都是片层结构,若在漆膜中能平行重叠排列,则很好的起到屏蔽覆盖作用,可有效隔绝环境中的水、氧、离子,提高涂料的防腐效果;三聚磷酸铝和改性磷酸锌为主题的防锈颜料,其特点在于它们能在金属表面形成附着牢固的络合物,同时与漆膜中的羟基和羧基络合,使颜料-漆膜-底材之间形成化学键合,提高漆膜附着力和抗渗性。

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