具有良好修補性的聚氨酯面漆的研制

薛玉華，阮潤琦，步明升，王　黎，汪　威，劉　志，郭年華

(海洋化工研究院有限公司，海洋涂料國家重點實驗室，山東青島 266071)

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具有良好修補性的聚氨酯面漆的研制

薛玉華，阮潤琦，步明升，王黎，汪威，劉志，郭年華

(海洋化工研究院有限公司，海洋涂料國家重點實驗室，山東青島 266071)

摘要：采用羥基丙烯酸樹脂與聚酯樹脂合理復配并科學選擇固化劑、助劑及施工工藝，所研制的脂肪族聚氨酯面漆具有以下特點：固含量更高，可達70%以上；漆膜韌性更好，50cm反沖沒有任何的裂紋；漆膜不管在常溫還是在加熱條件下都具有可修補性，與底涂層結(jié)合良好，完全可以勝任客戶的需要。

關鍵詞：聚氨酯，面漆，可修補性，層間結(jié)合，研制

聚氨酯面漆由于具有良好的裝飾性、耐化學品性、良好的耐候性和防腐蝕性，現(xiàn)在已成功應用于家具、車輛、輪船、飛機等領域，成為涂料裝飾領域研究的熱點[1-8]。聚氨酯面漆施工一般采用人工空氣噴涂，由于現(xiàn)場施工條件的復雜性，例如：空氣中灰塵過多、通風不良、工人搬運沒有保護等，不可避免的會造成漆表面落上灰塵或者磕碰損傷等，這樣就需要重新的修補。一般修補，為了不影響表面美觀，表面需經(jīng)全部打磨處理，來增加表面粗糙度，提高層間附著力。但對于復雜結(jié)構(gòu)件，有時很難全部打磨處理，這樣聚氨酯面漆在修補過程中總會出現(xiàn)沒打磨處附著不良的問題，造成修補困難，影響施工進度。

針對這些問題，我們成功開發(fā)了一種具有良好修補性的脂肪族聚氨酯面漆，表面即使沒有經(jīng)過打磨處理，附著結(jié)合很好。現(xiàn)在已成功應用，得到客戶的一致好評。

1實驗部分

1.1　原材料

樹脂：丙烯酸樹脂，聚酯樹脂(進口)；固化劑：六亞甲基二異氰酸酯(HDI)縮二脲及三聚體(進口)；顏料：金紅石型鈦白粉，酞菁藍，炭黑，有機紅(全部進口)；填料：超細滑石粉及超細硫酸鋇(國產(chǎn))，消光粉(進口)；助劑(BYK、BASF等)、溶劑(國產(chǎn))等。環(huán)氧底漆，罩光清漆，自研。

1.2　面漆的制備

按既定配方依次加入樹脂及部分稀料與助劑攪拌均勻，再依次加入鈦白粉、酞菁藍、炭黑、有機紅、滑石粉等顏填料，充分攪拌分散至無塊狀物，大約30min，然后進行研磨分散，直到色漿分散到細度15以下為止，備用。于調(diào)漆缸中再加入剩余的助劑等，調(diào)整顏色、光澤及固含量等，取樣進行出廠一致性檢測，成品合格后進行過濾包裝。涂料的基本配方見表1。

表1　涂料基本配方

2結(jié)果與討論

2.1　樹脂的選擇

從表2可知，丙烯酸樹脂干燥性能較好，溶劑釋放較快，再次復涂時溶劑與底涂層溶漲時間縮短，分子鏈相互擴散、貫穿的機會減小，涂膜的層間結(jié)合不好。同時，由于基團反應過快，下涂層殘留的活性基團也減少，交聯(lián)密度過高，不利于復涂層間氫鍵及化學鍵的形成，也制約了分子鏈的相互擴散能力，層間附著力變差。聚酯樹脂韌性較好，反應較慢，有利于分子鏈之間的相互纏繞以及化學鍵的形成，層間附著力較好。因此，將聚酯樹脂與羥基丙烯酸酯樹脂配合使用，可以得到干燥性能與機械性能俱佳的涂層，層間附著力較好，有利于涂層的修補，且涂料的固體分較高，可有效降低涂料的VOC，滿足對環(huán)境的嚴苛要求。

表2　樹脂對涂料的性能影響

2.2　固化劑的選擇

固化劑對漆膜的性能有至關重要的影響(見表3)。現(xiàn)在應用較多的是具有突出耐候性的脂肪族或脂環(huán)族這一類的異氰酸酯化合物，如六亞甲基二異氰酸酯(HDI)縮二脲(Desmodur N75等)、HDI三聚體(Desmodur N3375、N3390等)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)三聚體等。HDI縮二脲柔韌性好些，HDI三聚體具有更好的干燥速度、涂膜硬度以及耐候性。一般高光聚氨酯產(chǎn)品，顏基比相對低些，表面硬度較低，為了更好提高其交聯(lián)密度及耐化學品性、耐水性，選擇HDI三聚體較多，而對具有高顏基比的半光/無光聚氨酯產(chǎn)品，表面硬度本身較高，為了提高其柔韌性，選擇HDI縮二脲尤佳，可分別滿足其性能的要求。

表3　固化劑對涂料的性能影響

2.3　助劑的選擇

助劑雖然在涂料體系中用量不大，但對涂料的性能起很重要的作用，一般助劑價格比較貴，也說明了其重要性(表4)。涂料中一般要加的助劑包括潤濕分散劑、流平劑、消泡劑、抗流掛劑、防老化劑以及催干劑等，其用量加入很少，從0.01%～5%不等，取決于涂料的各種性能要求[9-10]。其中，對配套性影響比較大的助劑主要有流平劑與消泡劑，此兩種助劑有機硅類居多，雖然可以起到良好的表面效果，但可顯著降低涂層表面張力，影響漆膜的復涂，降低其配套性。

選擇合適的流平劑可以獲得平整光滑，無縮孔、凹陷和桔紋等表面缺陷的涂膜。可用作流平劑的種類有很多，一般分為以下幾種：高沸點溶劑、有機硅化合物及其改性類、有機氟化合物、聚丙烯酸酯共聚物、醋酸丁酸纖維素(CAB)等。通過實驗發(fā)現(xiàn)，往往單一的流平劑很難達到理想的效果。高沸點溶劑、有機硅化合物及有機氟化合物主要起短波流平，而聚丙烯酸酯共聚物、醋酸丁酸纖維素(CAB)一般用在長波流平。有機硅化合物、有機氟化合物通過可控制的不相容來降低涂料體系的表面張力，影響漆膜的復涂，降低層間附著力，而醋酸丁酸纖維素(CAB)與樹脂體系的相容性有限，也同樣會影響層間結(jié)合。經(jīng)過試驗研究：對層間附著力影響程度從大到小依次為：有機硅氧烷類、有機氟類>有機硅或者有機氟改性的丙烯酸酯類>醋酸丁酸纖維素(CAB)>丙烯酸酯類>高沸點溶劑。選擇聚丙烯酸酯流平劑和微量的有機硅或有機氟流平劑復配使用，起到短波與長波流平協(xié)同增效作用，達到較好的流平效果，且對復涂后的涂膜層間附著力影響小。

表4　不同種類的助劑選擇

消泡劑的選擇與流平劑的選擇差不多，既要注重要有良好消泡能力，又要不影響涂膜層間附著力。經(jīng)過試驗：同樣選擇既有流平能力又有消泡能力的聚丙烯酸酯和改性的有機硅助劑搭配使用。

2.4　聚氨酯面漆的可修補性

在常溫條件下，隨著涂裝時間的延長，底涂層中反應基團逐漸反應交聯(lián)，漆膜變得致密光滑，影響層間附著，這是很普通的現(xiàn)象。所研制的面漆3天后層間附著才微弱降低(見表5)，這對面漆的修補提供了足夠的時間。在加熱條件下，隨著溫度及加熱時間的增加，也會對層間附著有所影響(見表6)，這是正常現(xiàn)象，因為隨著溫度的升高及時間的延長，面漆中反應基團反應迅速，導致交聯(lián)密度

迅速增大，與復涂面漆可交聯(lián)的基團減少，底涂層空隙度減少，影響了分子鏈的滲透作用，導致層間附著降低。但對修補而言，一般60℃ 1 h或者80℃ 0.5h條件下，面漆表面已干燥，甚至可以打磨，完全可以勝任修補，對層間結(jié)合沒有任何影響[11-14]。

表5　常溫修補時間間隔對層間附著力的影響

表6　不同溫度修補時間間隔對層間附著力的影響

3結(jié)論

通過對樹脂、固化劑、助劑及施工工藝等研究，所研制出的脂肪族聚氨酯涂料，不但固含量高，可達70%以上，機械性能也同樣出色，且具有良好的可修補性，與底層涂層間結(jié)合良好。

參考文獻

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Development of Polyurethane Topcoat with Good Repair

XUE Yu-hua，RUAN Run-qi，BU Ming-sheng，WANG Li，

WANG Wei，LIU Zhi，GUO Nian-hua

(Marine Chemicals Research Institute，State Key Laboratory of

Marine Coatings，Qingdao 266071，Shandong，China)

Abstract：Aliphatic polyurethane topcoat，which is reasonably compounded with hydroxyl acrylic resin and polyester resin and scientific selection of curing agents，auxiliaries and construction technology，has the following characteristics：solid content is higher and can reach more than 70%；film is better toughness and 50cm recoil is without any crack；film either room temperature or heating condition has good repair with the bottom coating，which can be competent for customers.

Key words：polyurethane，topcoat，repair，interlayer，development

中圖分類號：TQ/613.3