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聚天门冬氨酸酯涂料的研制与应用
发布时间:2008-06-18 10:44:18  来源:涂料涂装资讯网  作者:



 
廖有为 , 熊平凡 , 赵舒超 , 曹树印 

                      ( 湖南湘江涂料集团有限公司 , 410003)


 
  摘 要 : 阐述了聚天门冬氨酸酯涂料技术 , 以及用于钢制品上的双组分防腐蚀涂料的配制方法。聚天门冬氨酸酯涂料与常规的两涂层涂料和三涂层涂料相比有不少优点 , 其重涂间隔时间更短 , 加快了涂料施工应用过程 , 降低了费用。通过人工加速老化实验说明了该产品有良好的耐老化性能。

    关键词 : 聚天门冬氨酸酯 ; 双组分防腐蚀涂料 ; 重涂时间 ; 耐老化性

    0  引 言

    涂料工作者想方设法缩短涂料施工工艺 , 简化施工步骤 , 使最终用户受益。在涂料领域 , 减少施工步骤意味着用单层或双层涂料体系来替代多层涂料体系 ; 缩短施工工艺 , 即涂料体系要能快速固化并能快速施工。

    聚天门冬氨酸酯涂料与传统的脂肪族聚氨酯涂料相比 , 其反应速度更快 , 涂膜更厚 , 缩短了施工周期 , 并可在相同膜厚的情况下减少涂装的层数 , 从而提高了涂料的施工效率。需要快速固化的场合需要这种高效的涂料系统 , 来提高施工速度。钢制天桥的维护和维修就是很好的应用实例 [ 1 ] 。聚天门冬氨酸酯涂料的快速固化特性 , 使其还可直接涂覆于构造物的金属表面 [ 2 ] ; 其低 VOC 排放 ( < 100 g /L) , 可用于防腐、混凝土地面和木器涂料。

    1  聚天门冬氨酸酯涂料的特点

    聚天门冬氨酸酯涂料是由脂肪族多异氰酸酯和天门冬氨酸酯的反应产物。聚天门冬氨酸酯涂料在应用和性能上也与传统的聚脲涂料不同。例如 , 聚天门冬氨酸酯涂料允许配方师设计反应速度不同的涂料体系 ; 混合物的适用期可以从几分钟到几小时 , 既可使用专用的双组分喷涂设备施工 , 也可采用普通方法施工 , 这使得应用更简便可靠。

    聚天门冬氨酸酯涂料在应用与性能上与双组分脂肪族聚氨酯涂料相似 ; 由于它不黄变 , 经常用作面漆。但它们也有显著的不同。聚天门冬氨酸酯涂料比传统的双组分脂肪族聚氨酯涂料的固体分更高 (70% ~ 100%) , 涂膜更厚。因为聚天门冬氨酸酯涂料比传统的脂肪族聚氨酯涂料固化速度快 , 可应用于需快速固化的场合从而提高生产效率。

    聚天门冬氨酸脂涂料与聚酯涂料和普通聚氨酯涂料的比较见表 1 。

Zwiener [ 3 ] 首先把聚天门冬氨酸酯作为活性稀释剂应用到传统的双组分聚氨酯溶剂型涂料配方中。聚天门冬氨酸酯有相对低的黏度以及与羟基聚酯和丙烯酸树脂有较好的混容性 , 因此 , 它是一种优良的高固含量聚氨酯涂料的活性稀释剂 , 它降低了高溶剂体系的 VOC 值 [ 4 ] 。

    表 1  聚天门冬氨酸酯涂料与聚脲涂料和普通聚氨酯涂料的比较

    将聚天门冬氨酸酯作为异氰酸酯的主要反应成分 , 得到一种低 VOC 或接近于零 VOC 排放的涂料体系。由于聚天门冬氨酸酯独特的分子结构 , 通过选用不同的种类 , 可以调节固化速度。选用快速固化涂料可以满足应用者的要求 ; 快速固化体系可以提高施工效率 , 具备厚膜、低温固化、耐磨、防腐蚀等性能 [ 5 ] 。

    2  快速固化防腐蚀涂料体系

    聚天门冬氨酸酯防腐蚀涂料是由聚天门冬氨酸酯和普通脂肪族异氰酸酯 ( 例如 HD I 三聚体 ) 反应而成。它具有硬度高、颜色稳定、耐磨性和耐候性好等特点 , 适合于钢铁上作防腐蚀面漆。双涂层聚天门冬氨酸酯涂料体系具有良好的防腐性能 , 其体系由富锌湿固化聚氨酯底漆和聚天门冬氨酸酯面漆组成。单组分富锌湿固化聚氨酯底漆配方见表 2, 其固含量为 70% , 适用期为 2 h, 表干时间 1 ~ 2 h, 喷涂施工 , 膜厚 75 ~ 125 μ m; 双组分聚天门冬氨酸酯面漆配方见表 3, 其固含量 80% , 适用期 1 ~ 2 h, 表干时间 1 ~ 2 h, 喷涂施工 , 膜厚 150 ~ 250 μ m 。双组分聚天门冬氨酸酯面漆性能见表 4 。

    表 2  单组分湿固化富锌聚氨酯底漆

    该研究采用快速固化双涂层聚天门冬氨酸酯涂料体系。体系的膜厚和防腐性能可达到通常的三涂层重防腐体系的标准 ( 美国 NEPCOAT 性能标准 ) 。采用快速重涂施工方法 , 即底漆直接喷涂在喷砂的钢板上 , 在底漆施工完 2 h 后 , 再施工面漆并测试该体系的防腐蚀等性能。同时采用环氧 / 丙烯酸聚氨酯双涂层体系作为对比研究。其整个涂层厚度达到了 150 ~ 200 μ m, 低于聚天门冬氨酸酯双涂层体系可达到的最大厚度 , 这是因为在采用更高的膜厚时 , 通常的环氧 / 丙烯酸聚氨酯体系会有气泡产生。而为了对比两种涂料体系的性能 , 聚天门冬氨酸酯涂料体系的膜厚与环氧 / 丙烯酸聚氨酯体系的保持一致。

    表 3  双组分聚天门冬氨酸酯面漆

    表 4  聚天门冬氨酸酯面漆性能

 

 

    施工时 , 环氧 / 丙烯酸聚氨酯体系的层间施工间隔时间是根据涂料制造商的规定而定的。例如 : 丙烯酸聚氨酯面漆在底漆施工 24 h 后施工。另外做了在不同环境条件下固化 24 h 的防腐蚀研究 : 4 ℃ /40%RH 、 21 ℃ /50% RH 、 32 ℃ /80% RH, 接着在 21 ℃ /50%RH 下固化 2 个星期。

    对在 21 ℃ /50% RH 下固化的样品进行人工加速老化实验 , 分别采用 ASTM B — 117 盐雾老化实验和 ASTM D — 5894 循环气候老化实验。采用 ASTMD714 — 87 标准图表指数评估气泡等级 , 用 1 ~ 10 表示气泡大小 : 10 —没有气泡 ; 8 —密集肉眼可见的最小尺寸。气泡的频率分为 4 级 : D —密集 ;MD —中密 ;M —中等 ; F —少。采用盐雾老化和循环气候老化结果分别见表 5 和表 6 。

    表 5  盐雾老化实验 ( ASTM B - 117)

    表 6  循环气候老化实验 ( ASTM D - 5894)

    从表 5 、表 6 可以看出 , 涂膜具有良好的防腐性能。另外还说明在不同条件下固化的样品的防腐蚀试验结果基本一致。

    3  结 语

    双组分聚天门冬氨酸酯涂料可以替代传统的溶剂型聚氨酯涂料。通过快速固化 , 提高了施工效率。聚天门冬氨酸酯涂料还可提供比传统聚氨酯面漆更厚的涂膜 ( 可达 375 μ m) , 这可以减少涂层数 , 也提高了施工效率。具有耐黄变和良好的耐候性 , 通常用作防腐面漆。

    加速老化实验显示 , 聚天门冬氨酸酯涂料具有和环氧富锌 / 丙烯酸聚氨酯涂料体系基本一致的防腐蚀性能。如果增加膜厚 , 可望达到更好的防腐效果。研究表明 , 它的防腐性能可与现今通用的三涂层重防腐涂料体系相媲美。另外 , 涂层重涂间隔时间为 2 h, 提高了工作效率。一般整个施工时间为 4 ~ 6 h, 而环氧富锌 / 丙烯酸聚氨酯涂料体系需 30 ~ 36 h 。
 

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