高固體聚脲涂料的應(yīng)用研究

孟昭輝，李 妲，石 佳，劉 巍,2，葛新欣，劉建昌

(1. 天津科瑞達(dá)涂料化工有限公司 天津 300457；2. 天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300387)

0 引 言

伴隨我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，對(duì)于涂料行業(yè)的產(chǎn)品涂裝也有了越來越嚴(yán)格的要求，特別是對(duì) VOC排放有了越來越高的要求，各地方更是出臺(tái)了高于國(guó)家規(guī)定的限定。高固體涂料一直是涂料產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)重要方向，更是適應(yīng) VOC排放要求的產(chǎn)品。聚脲是國(guó)外發(fā)展研究的一類新材料。20世紀(jì) 90年代中期，黃微波等[1]中國(guó)科研人員引進(jìn)聚脲涂料設(shè)備，開始對(duì)聚脲材料的組成進(jìn)行研究。自1995年青島海洋化工研究院的李志高等[2]進(jìn)行聚脲材料研究以來，聚脲研究呈蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。聚脲材料中大量存在的脲材料基對(duì)聚脲的物理性能來說很關(guān)鍵，由于其強(qiáng)度高且化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[3]，使得聚脲涂料具有優(yōu)異的涂膜性能。聚脲類產(chǎn)品同時(shí)具有非常高的固體含量和良好的施工性能，以及很好的研究和應(yīng)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要原料

聚脲樹脂、聚異氰酸酯、分散劑、有機(jī)黃、防塵劑、消光劑、消泡劑、流平劑、紫外光吸收劑、溶劑、吸水穩(wěn)定劑等。

1.2 生產(chǎn)工藝

1.2.1 主劑配料

將主劑中的聚脲樹脂、分散劑、消泡劑、部分溶劑在配料缸中依次加入，攪拌混合均勻，在攪拌狀態(tài)下加入有機(jī)黃、防沉劑后再整體攪拌 20～40min，攪拌均勻以后進(jìn)行下一步研磨。

1.2.2 研磨

將混合均勻的漿料研磨至細(xì)度不大于20μm。

1.2.3 攪稀

即調(diào)漆過程，將研磨好的漿料加入調(diào)漆罐中，對(duì)研磨漆漿進(jìn)行穩(wěn)定化處理，加入消光劑調(diào)整涂膜光澤，加入流平劑調(diào)整涂膜外觀狀態(tài)，加入紫外光吸收劑，加入溶劑調(diào)整黏度，以獲得各項(xiàng)指標(biāo)符合需求的高固體聚脲涂料產(chǎn)品。

1.2.4 包裝

將調(diào)好的主劑過濾后封裝于20L鐵皮漆桶中。

1.2.5 硬化劑的生產(chǎn)

將聚異氰酸酯與溶劑混合并攪拌均勻，在攪拌狀態(tài)下慢慢加入吸水穩(wěn)定劑并攪拌均勻。

1.2.6 包裝

將攪拌均勻的硬化劑過濾后封裝于 4L鐵皮漆桶中。

使用時(shí)將主劑和硬化劑分別投入到輸漆系統(tǒng)，2組分經(jīng)過雙組分噴涂設(shè)備充分混合后由噴槍噴出，進(jìn)行工件的噴涂施工。

2 性能參數(shù)

2.1 原漆性能測(cè)定

由表 1可以發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目研究的產(chǎn)品具有高固體含量、低 VOC排放的特點(diǎn)，產(chǎn)品的施工固體含量達(dá)到了 88.6%，VOC排放達(dá)到了 172g/L，排放數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家對(duì)排放的限定，產(chǎn)品完全符合節(jié)能減排的要求。

表1 原漆性能參數(shù)Tab.1 Performance data of paint

2.2 漆膜性能測(cè)定

由表 2看到本項(xiàng)目產(chǎn)品涂裝的涂膜的各項(xiàng)檢測(cè)性能都達(dá)到了應(yīng)用要求，在實(shí)際測(cè)試過程中高固體聚脲涂料表現(xiàn)出優(yōu)異的裝飾性，與電泳底漆、環(huán)氧底漆都有很好的配套性，配套涂層性能達(dá)到客戶要求，產(chǎn)品完全適合目前的涂裝應(yīng)用。

表2 漆膜性能參數(shù)Tab.2 Performance data of film

2.3 涂膜耐介質(zhì)性能

由表 3可以看到高固體聚脲涂料涂層耐液體介質(zhì)性良好，耐候性優(yōu)異，對(duì)工件具有更好的裝飾性和長(zhǎng)效防護(hù)性。

表3 涂膜耐介質(zhì)及耐候性能Tab.3 Medium and weather resistance of film

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 高固體聚脲涂料的工作壽命(Pot life)

高固體聚脲涂料的 Pot life相對(duì)較短，配合好的混合漆液在 6min內(nèi)用完才可以保障涂膜的性能和狀態(tài)，需用雙組分噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂操作，可以保障產(chǎn)品的應(yīng)用和足夠的操作時(shí)間。目前的雙組分噴涂設(shè)備和工藝都比較成熟，應(yīng)用廣泛，適合高固體涂料的噴涂應(yīng)用，特別是雙組分噴涂設(shè)備對(duì)配比精度的控制非常精準(zhǔn)、混合器的混合效果優(yōu)異，這為雙組分涂料的基本應(yīng)用提供了保證。高固體聚脲涂料的主劑和硬化劑混合后的黏度伴隨時(shí)間變化的增長(zhǎng)情況如圖1所示。

圖1 高固體聚脲涂料的Pot lifeFig.1 Pot life of high solid polyuria coating

3.2 高固體聚脲涂料的VOC排放

一般高固體涂料的固體含量可以達(dá)到 70%以上，VOC排放小于420g/L，但隨著VOC排放限定的要求不斷嚴(yán)格，其對(duì)高固體涂料的要求也更高。本項(xiàng)目研究的高固體聚脲涂料中固體含量可以達(dá)到 88%以上，VOC排放小于 200g/L，是一種真正的高固體涂料，在未來若干年內(nèi)都可以符合排放限定的要求，具有很好的長(zhǎng)期推廣價(jià)值。

3.3 高固體聚脲涂料的干燥性

普通高固體丙稀酸聚氨酯樹脂普遍干燥速度會(huì)有明顯的下降，本項(xiàng)研究的產(chǎn)品干燥性能優(yōu)異，80℃條件下烘烤 30min可以達(dá)到 HB的硬度，完全適合進(jìn)行裝配。本項(xiàng)目的高固體產(chǎn)品能夠滿足生產(chǎn)要求和提高生產(chǎn)效率。

3.4 高固體聚脲涂料的耐候性

目前較為理想的紫外線吸收劑多為復(fù)配型的，特別是水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類等，通過位阻胺與受阻胺類復(fù)配可取得比任何單獨(dú)紫外線吸收劑更為理想的效果，如表 4所示。

表4 紫外光吸收劑的添加量Tab.4 Addition amount of UV absorber

圖2對(duì)應(yīng)受阻胺添加量為0，位阻胺從0到2%逐漸變化的透光率曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)透光率隨位阻胺加入量的增大而逐漸降低，且變化明顯。在位阻胺0加入量時(shí)，260nm開始就出現(xiàn)了透過率的激增，隨著位阻胺加入量逐漸增大，出現(xiàn)透過率激增的波長(zhǎng)也在逐漸增大，并向可見光區(qū)紅移。當(dāng)增至位阻胺加入量為 2%時(shí)，透過率激增的波長(zhǎng)增至 340nm。

圖2 編號(hào)1～5組復(fù)合紫外光吸收劑透光率測(cè)試圖Fig.2 Test chart of transmittance of 1-5 groups of composite UV absorbers

圖3對(duì)應(yīng)位阻胺固定加入量為 1%，受阻胺從0.5%～3%逐漸變化的透光率曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)受阻胺隨著用量逐漸增加，透光率也逐漸降低，但是變化不是特別明顯。

圖3 編號(hào)6～10組復(fù)合紫外光透光率測(cè)試圖Fig.3 Test chart of transmittance of 6-10 groups of composite UV absorbers

圖4對(duì)應(yīng)受阻胺固定加入量為 2%，受阻胺從 0到 2%逐漸變化的透光率曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)透光率隨位阻胺加入量的增大而逐漸降低，且變化非常明顯。在 0～0.5%范圍內(nèi)，在 300nm 時(shí)出現(xiàn)透過率激增；在 1～1.5%范圍內(nèi)，在 350nm 時(shí)出現(xiàn)透過率激增；到 2%加入量的情況下，透光率降低最為明顯，在波長(zhǎng) 360nm 以下，可以基本阻擋紫外光的透過，基本能達(dá)到透過率0附近。

圖4 編號(hào)11-15組復(fù)合紫外光透光率測(cè)試圖Fig.4 Test chart of transmittance of 11-15 groups of composite UV absorbers

本項(xiàng)目通過紫外光穩(wěn)定劑的添加來補(bǔ)充高固體聚脲涂料的耐候性，使得高固體聚脲涂料具有更優(yōu)異的耐候性，人工氙燈加速老化可以達(dá)到2000h以上，對(duì)工件實(shí)現(xiàn)了真正意義上的長(zhǎng)效防護(hù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于性能、工藝、場(chǎng)地等原因，有很多涂料應(yīng)用廠家更青睞于高固體涂料。高固體聚脲涂料由于涂膜的優(yōu)異性能，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。隨著國(guó)家對(duì)排放限制越來越嚴(yán)格，高固體聚脲涂料的應(yīng)用空間和未來市場(chǎng)前景將更趨廣闊。