水性双组分聚氨酯防腐涂料

水性双组分聚氨酯防腐涂料

水性双组分聚氨酯防腐涂料0前言随着人们环保意识的不断提高和环保法规对挥发性有机物质(VOC/TVOC)及有害空气污染物(HAPs)的限制等因素日趋严格，水性涂料将成为21世纪世界涂料市场的主角；近年来防腐涂料工业在不断提高性能的同时，正迅速向"水性化"方向发展。其中水性双组分聚氨酯涂料正成为水性防腐涂料中的佼佼者，它不但有优异的物理性能，而且具有优异的耐老化、耐强酸、耐强碱、耐盐雾(480小时)、耐盐水(480小时)、耐油等化学性能。本文以德国BASF羟基丙烯酸乳液(Luhydran S937T和水性HDI型固化剂(Basonat HW160PC)为基料，配合无毒高效的防锈颜料、水性缓蚀剂，配制成性能优越的水性重防腐涂料，并对涂料配方进行了分析。1实验部分1.1涂料配

方表1主漆A(含羟基组份)序号原料名称质量份数1Luhydran S937T*(BASF羟

基丙烯酸乳液)4002DMEA(1：1 in Water)83FuC2030(分散剂)34DC65(消泡

剂)0.55润湿剂56防沉剂17金红石钛白粉52.58硫酸钡87.59三聚磷酸铝50-10010改性磷酸锌50-10011TEGO 822(消泡剂)0.812二乙二醇丁醚醋酸酯

1513Water60总计约800固化剂B(-NCO组份)水性自乳化HDI型固化剂Basonat HW160PC*注：*：Luhydran S937T为德国BASF羟基丙烯酸乳液*：Basonat

HW160PC为德国BASF水性自乳化脂肪族异氰酸酯(HDI)1.2制备工艺将配方中

1-10依次加入搅拌混合均匀后，在砂磨机中高速研磨至细度=25微米，再加入消泡剂、成膜助剂、水、缓蚀剂，搅拌均匀，过滤包装。1.3施工配比主漆A：固化剂B：水=5：1：1 1.4水性双组分聚氨酯重防腐涂料的性能指标表2*检测项目检测结果检验依据*耐汽油性(90#7 day)轻微变色(合格)GB/T 1734-88*耐碱性(5%NaOH 7day)无变化GB/T 9274-88*耐酸性(5%H2SO4 7day)很轻微变色(合格)GB/T 9274-88*耐盐水性(5%NaCl 7day)无变化GB/T 9274-88*耐盐雾性(3%NaCl)240h漆膜无变化GB/1771-91*耐沾污性%(5次循环)1GB/T 9757-2001*铅笔硬度2HGB/T 6739-1996A*附着力(划格1mm),级1GB/T 9286-1998*耐冲击性,CM50GB/T 1732-93*柔韧性，CM=2GB/T 1731-93*耐盐水性(5%NaCl 20 day)无变化GB/T 9274-88*耐盐雾性(3%NaCl)480h漆膜无变化GB/1771-

91*QUV(1000h)变色0级、粉化0级注：*为国家涂料质量监督检验中心结果*为BASF亚太区技术中心实验室检测结果从检测结果我们可以看出水性双组分聚氨酯防腐涂料的性能相当优越，完全可以取代目前大部分的溶剂型防腐涂料。2

结果与讨论2.1基料体系的选择目前用于水性双组份聚氨酯涂料的分散体主要有以下两类：表3分散体类型一级分散体二级分散体典型特征应用外加乳化剂稳定应用羧基基团自乳化稳定分子量高低典型树脂羟基丙烯酸乳液(如BASF

S937T)普通建筑漆乳液聚酯乳液聚氨酯分散体成膜特征多相成膜均一成膜使用固化剂类型亲水性聚异氰酸酯(如BASF HW160PC)憎水性聚异氰酸酯(如BASF Basonat)混合方式常规搅拌混合高剪切速混合/需要额外设备其中二级分散体对固化剂的配比要求较高，而且施工难度较大，早期抗水性较差，因此在本实验中我们选择了BASF公司的一级分散体Luhydran S937T和相应的水性固化剂HW 160PC。2.2、颜填料体系的选择根据水性聚氨酯涂料的应用要求来选择恰当的颜填料。对耐酸碱介质的场合，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的场合，可采用绢云母和云母氧化铁等颜填料；若要增加涂膜的耐化学药品性和提高其机械性能，则应选择云母和滑石粉类的填料。对于水性防腐涂料来说，一般尽量避免选用铅、铬等重金属颜料。本实验中我们选用了三聚磷酸铝、和改性磷酸锌为主体防锈颜料，其特点在于他们能在金属表面形成附着牢固的络合物，同时与漆料的羟基、羧基络合、使颜料-漆料-底材之间形成化学结合而提高土层的附着力和抗渗性。2.3PH调节剂的选择在水性涂料中，用于调整体系的PH的助剂较多如氨水、AMP-95、氢氧化钠等，但在水性双组份聚氨酯体系中只能用叔胺(如三乙胺、二甲基乙胺)来调节配方所需的PH值。这是因为伯胺和仲胺含有活泼的氢，他们容易和固化剂中的异氰酸基团反应，而且会催化-NCO基团和水之间的反应。本实验中我们选用了二甲基乙胺(DMEA)。涂料最终体系PH值对活化期有决定性的影响，PH 7将加快-NCO 基团和水和胺的反应，对于水性双组分聚氨酯涂料，一般将PH值调节到6-7，这样能达到较长的活化期和最佳的交联密度。2.3成膜助剂的选择Luhydran

S937T成膜温度在60℃/140℉以上,因此加入某种成膜助剂时非常必要的。在双组分聚氨酯体系中，应尽量避免选用醚醇类成膜助剂，而应选用醚酯类溶剂如乙二醇丁醚醋酸酯(EB acetate)、二乙二醇丁醚醋酸酯(DB acetate)，碳酸丙酯(PC)等。表4成膜助剂对S937T成膜温度的影响成膜助剂3%6%9%EB

acetate50℃33℃12℃DB acetate40℃14℃4℃PC40℃26℃18℃表5固化剂对

S937T沉默温度的影响S937T/HW100*(固体/固体)10：09：18：27：3成膜温度60504026注：HW160PC为HW100在PC容剂中60%的溶液从表4和表5种我们可以看出DB acetate是成膜效果相当好的成膜助剂(对S937T而言),在确定成膜助剂的量时同时要考虑固化剂及其中含有的溶剂对成膜温度的影响。2.水性双

组份聚氨酯成膜机理水性双组分聚氨酯涂料的成膜机理与一般的聚合物乳液涂

料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型聚氨酯涂料的成膜也不完

全相同。一般乳液涂料的固化成膜为单一物理过程，分散相粒子的玻璃化温度

较低，在水分挥发后就形成紧密堆积的结构，并在毛细管压力作用下凝结成膜。在溶剂型聚氨酯涂料体系中，含羟基树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶

剂中，形成的体系是均相的，固化反应在分子之间进行，因而固化反应进行得

比较完全，所形成的涂膜也是均相的。水性聚氨酯涂料为多相成膜，图1为水

性双组分聚氨酯涂料的固化成膜示意图。首先当大部分水分蒸发后，乳液粒子

相互接触，形成紧密堆积的结构，残余的水分和固化剂分子则处在乳液粒子的

间隙处。随着水分的进一步蒸发，乳液粒子开始凝结，形成更为紧密的六边形

排列结构。与此同时，固化剂分子扩散到乳液粒子的界面及其内部发生交联固

化反应。该固化成膜机理也可解释为水性聚氨酯体系由水包油的状态向油包水

转变。(化学成膜)图一水性双组分聚氨酯成膜过程2.4防闪锈助剂的选择水性

涂料涂覆在金属表面时易造成涂层表面有闪锈，特别在用于喷砂处理和含碳量

较高的金属表面时必须加入防闪锈助剂。目前在国内常用的有亚硝酸钠、苯甲

酸钠等，虽然可以解决闪锈问题，但有以下缺点(1)：水溶性强，残留在漆膜中极大的影响漆膜的耐盐水性；(2)：亚硝酸钠对-NCO基团有催化作用，加速固

化剂与水的反应，缩短了涂料体的活化期。因此我一般选用其他类型的防闪锈

助剂如：有机锌络合物、烷基磷酸盐等，通过实验我们在配方中选用了L-1，

对涂抹的性能和活化期影响较小，一般加入量为0.3%就可以了。2.5其它助剂

的选择在水性双组分聚氨酯防腐涂料中,助剂的选择必须进行仔细认真的试验,

首先在配制涂料配方时必须注意溶剂、润湿剂、分散剂、填充料不能与-NCO基

团进行反应，即应尽量避免所有带活性基团的物质。其次助剂的选择有一定的

相容性，若配合不当，可能对漆膜有负面的反应，必须经过大量的试验以确定

各种助剂对涂层的性能和活化期的影响。3结语(1)：采用BSAF羟基丙烯酸乳

液S937T和HW160PC固化剂制备的水性双组分聚氨酯防腐涂料的综合性能优越，施工容易，完全可以取代目前大部分溶剂型防腐涂料。(2)：在配方设计时要充分考虑到各种助剂对水性固化剂-NCO集团的影响如：PH值、活性基团等