快干型丙烯酸聚氨酯面漆的研制

快干型丙烯酸聚氨酯面漆的研制

商汉章1 白桦栋1 冯 刚1 刘 伟1 徐永祥1 张 亮1 孙国亮2 陈 雷2
(1. 北京航材百幕新材料技术工程股份有限公司,100095)
(2. 唐山曹妃甸发展投资集团有限公司,063200)

0 引言
双组分聚氨酯涂料通常是由含羟基的低聚物辅以颜填料及助剂、稀释剂等经过高速分散、研磨等工序配制成的A 组分,以及多异氰酸酯固化剂B 组分组成。含羟基低聚物大多为羟基聚酯(醇酸)、聚醚、环氧树脂、丙烯酸树脂等,特别是羟基丙烯酸树脂因其耐老化性能优异、价格适中、合成工艺简单、性价比优异等而在双组分聚氨酯涂料中得到广泛应用。通常的多异氰酸酯固化剂对水、潮湿等非常敏感,在湿度较大的潮差区使用,若固化剂不能与A 组分迅速反应,必将与水进行竞争反应,产生气泡、存在附着力下降等问题。聚天门冬氨酸酯树脂具有高固体含量、耐候性优异,和异氰酸酯反应速度快等诸多特点,目前越来越受到涂料工作者的重视。本文针对潮差区气候条件,研制了一种快干型聚氨酯涂料。

1 试验部分
1.1 原材料
羟基丙烯酸树脂(羟基含量1.5%,固体分60%),工业级,同德树脂;羟基丙烯酸树脂(羟基含量1.2%,固体分55%),工业级,同步化工;羟基丙烯酸树脂(羟基含量1.6%,固体分50%),工业级,天津;羟基丙烯酸树脂(羟基含量1.7%,固体分50%),工业级,江苏三木;聚天门冬氨酸酯树脂,拜耳材料;脂肪族异氰酸酯固化剂(N3390),拜耳材料;有机锡催化剂,北京正恒公司;助剂,毕克化学。
1.2 涂料制备
将羟基丙烯酸树脂与一定比例的聚天门冬氨酸酯树脂、稀释剂、有机锡催化剂等混合搅匀,制得聚氨酯涂料的A 组分。将其与一定质量比的多异氰酸酯固化剂混合,并加入一定量二甲苯和少量醋酸酯、酮类溶剂稀释,制得常温快干型羟基聚氨酯涂料体系。
1.3 表征与测试
漆膜制备:按GB/T 1727—1992 规定进行;
漆膜干燥时间:按GB/T 1728—1979(1989)规定进行测试;
漆膜附着力:按GB/T 1720 规定进行测试;
漆膜外观:按GB/T 9761 规定进行测试;
耐人工加速老化性能:按GB/T 1865—2009 规定进行测试,结果按GB/T 1766—2008 评定。

2 结果与讨论
2.1 树脂的选择
将拜耳材料的聚天门冬氨酸酯树脂(记为J1#、J2#、J3#)和上海某厂家的聚天门冬氨酸酯树脂(记为J4#、J5#、J6#、J7#)按照10% 的比例分别与4 种不同的羟基丙烯酸树脂(记为Q1#、Q2#、Q3#、Q4#)进行混溶性实验。实验结果见表1。
表1 混溶性实验组合及结果

由表1 可见:J3# 和J7# 聚天门冬氨酸酯树脂与4种羟基丙烯酸树脂的混溶性均较好,因此本研究选用J3# 和J7# 聚天门冬氨酸酯树脂和羟基丙烯酸树脂复配作为聚氨酯面漆的基料树脂。
2.2 涂料的配制和结果
选用J3# 和J7# 聚天门冬氨酸酯树脂分别按照5%、10%、15% 的比例加入羟基丙烯酸树脂中,并加入颜填料和相关助剂、稀释剂,以及一定量的有机锡催干剂,制备聚氨酯涂料的主漆组分。考虑到与水汽的竞争反应,将主漆组分和脂肪族异氰酸酯N3390按-OH∶-NCO 比例为1∶1.05 进行混合,搅拌均匀后制备样板,在底部装水的干燥器(RH 约100%)中常温固化,观察样板涂膜外观,测试涂料的适用期、表干时间、实干时间以及涂膜的耐候性。实验组合见表2,实验结果见表3。
表2 实验组合

表3 实验结果

由表3 可见:羟基丙烯酸树脂的适用期为:Q3#>Q4#>Q2#>Q1# ;表干时间和实干时间大体上具有类似的趋势,即:Q3#<Q4#<Q1#<Q2#。从表3 中不难发现,随着聚天门冬氨酸酯树脂用量的增加,涂料的适用期缩短,干燥速度加快。实际施工使用过程中需要涂料有较长的适用期和较快的干燥速度,这两点是互相矛盾的,所以就要找到一个平衡点,来解决涂料在实际施工中存在的问题。经过上述实验发现,所有组合均能满足聚氨酯面漆人工加速老化1 000 h的要求。本实验选用了比较利于实际施工,且干燥速度相对较快的7# 组合作为所研究涂料的树脂体系。由该树脂体系配制的快干型聚氨酯涂料已成功在曹妃甸1 号桥潮差区混凝土表面进行了试用,施工工艺和涂膜性能完全满足要求。

3 结语
(1) 通过试验选择了有良好相溶性的J3# 和J7#2 种聚天门冬氨酸酯树脂和羟基丙烯酸树脂组合作为基料树脂。
(2) 通过增大聚天门冬氨酸酯树脂与羟基丙烯酸树脂组分的比例可提高干燥速度,确定了适宜实际施工的比例。
(3) 以聚天门冬氨酸酯树脂与羟基丙烯酸树脂混合体系所制得的快干型聚氨酯涂料在曹妃甸1 号桥潮差区进行了涂装实验,施工工艺和涂膜性能完全满足要求。

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