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无溶剂单组份重防腐聚氨酯涂料的制备及性能研究
来源:四川防腐涂料 地坪工程 常温脱脂剂 磷化液 聚乙烯蜡 ---四川工业防腐网   时间:2013.10.17
 

无溶剂单组份重防腐聚氨酯涂料的制备及性能研究
                            高微1,张小林1,林峰2,叶卫3,王书元3
    (1.南昌大学环化学院,江西南昌330031;(2.2.深圳职业技术学院化生学院,广东深圳518055;3.中核(深圳)凯利集团公司)
    摘要:通过预聚体法制备了一种无溶剂单组份重防腐聚氨酯涂料(简称PU-1涂料),采用FTIR、TGA对该涂料及其固化后涂膜的结构、热稳定性进行了表征.并对该涂料性能进行了较为系统的测试,结果显示其附着力、耐盐雾、耐氙灯老化等性能均较好,超过了国内重防腐涂料的标准.
    关键词:重防腐涂料;聚氨酯;附着力
    中图分类号:TQ630文献标识码:A文章编号:1672-0318(2012)01-0031-04
    重防腐涂料是防腐蚀涂料中科技含量高、发展潜力巨大的品种,其发展水平和性能是衡量防腐蚀涂料先进技术的标志.重防腐涂料主要应用于腐蚀问题较突出的苛刻环境和不便于短期维修的工业领域[1,2],如C5-1(严重腐蚀的工业区域)和C5-M(严重腐蚀的海洋环境),且保证至少使用10年以上,常规防腐涂料很难达到.目前国内生产的重防腐涂料存在着技术较为落后、VOC排放污染较严重等问题,重防腐涂料市场绝大部分为外资企业和中外合资企业涂料产品所垄断[3-5],急需开发出国产的重防腐涂料.
    聚氨酯涂料由于分子结构独特具有优良的耐化学性、低温固化和覆涂性等性能优势在防腐领域得到了广泛的应用.更为重要的是,与其他类型涂料相比,它很容易达到低VOC排放标准,并且实际应用成本最低.而单组份聚氨酯涂料是其中的佼佼者,在工程应用中拥有以下性能优势:单组份,方便施工;低温固化,甚至可用于冰点以下温度(最低达-5℃);耐化学性极强,可用于重防腐环境;无露点限制,能在潮湿表面施工;涂层表干快,涂覆时间短,生产效率高[6,7].
    本研究以聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯为基础研制无溶剂单组份重防腐聚氨酯涂料(简称PU-1涂料),并对其性能进行分析.
    1·实验
    1.1主要原料
    聚醚多元醇(N210、N330),日本三井化工;甲苯二异氰酸酯80/20(TDI),美国hustsman公司;六亚甲基二异氰酸酯(HDI),美国hustsman公司;催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL),广州化学试剂厂;氧化钙,市售;钛白粉,市售.
    1.2制备工艺
    1.2.1异氰酸酯预聚物制备
    准确称量混合聚醚多元醇(N210、N330)加入到脱水釜中,开动搅拌器并升温加热,使液温达50~60℃,启动真空泵,使其釜内真空度缓慢升至0.098~0.1MPa,控制釜温为(115±5)℃对其进行真空脱水处理2h,然后降温至40℃以下,出料,得到无水聚醚多元醇.将经计量的聚醚多元醇加入反应釜中,开动搅拌,升温至70℃,启动真空泵,使其釜内真空度缓慢升至0.06~0.065MPa,将TDI、HDI及少量DBTDL依次缓慢加入釜中,控制釜温为75~80℃,反应4h,然后降温至50℃以下,得异氰酸酯预聚物[8],备用.
    1.2.2 PU-1涂料制备
    将计量好的氧化钙、聚醚N210先加少量水充分搅拌分散成乳液,然后加入制好的异氰酸酯预聚物内,抽真空在90℃下进行反应3h后,再加入颜填料等添加剂搅拌均匀,降温至室温,出料,即得PU-1涂料,其制备工艺流程图如图1所示.
        
    1.2.3 PU-1涂料固化
    PU-1涂料的固化机理为利用空气中的水汽和残留-NCO基团反应生成胺,胺再与剩余的-NCO基团反应生成脲而固化成膜,其固化条件为温度>-5℃,相对湿度>30%.
    2·性能测试   
    2.1主要仪器及设备
    万能电子拉力机:Z005,德国Zwick/Roell公司;傅里叶红外光谱仪(FTIR):Nicolet 6700,美国Nicolet公司;热失重分析仪(TGA):Q50,美国TA仪器公司.
    2.2性能分析测试
    红外光谱测定:将涂料直接涂在KBr盐片上,用红外光谱仪测定.固化后的涂膜的红外光谱用压片法测定.
    附着力测定(拉开法):取少量涂料涂在圆柱形试柱上,试柱规格为Φ20mm*30mm,对准轴心粘结好试柱,在室温下成膜,固化完全后用万能电子拉力机测试附着力,拉伸速率选择5mm/min.如需测量高温时的附着力,则要求将试柱和夹具一起放入加热装置内,在指定温度下保温30min,然后再进行测试.
    热性能测试:取固化后的涂膜(8±2)mg,用Netzsch型测试仪在氮气氛的条件下测定热失重曲线,温度范围20-700℃,升温速率10℃/min.
    3·结果与讨论
    3.1 PU-1涂料及其固化后涂膜的红外表征
    PU-1涂料及其固化后涂膜的红外光谱如图2所示,其中a曲线为PU-1涂料的红外谱图,b曲线为涂料固化后涂膜的谱图.由图2可得出,a曲线中1108cm-1为C—O—C醚键的特征吸收峰,1730cm-1和1540cm-1为氨基甲酸酯基(—NHCOO—)的特征吸收峰,2970和2870cm-1为甲基、亚甲基的特征吸收峰,2271cm-1为-NCO基团的特征伸缩振动峰.由此可以证明,该结构为端-NCO基的聚醚类聚氨酯的结构.b曲线中2271cm-1处的-NCO基团的特征吸收峰完全消失,772cm-1处的脲键(COHNNH)的特征吸收峰得到了增强[11],且3295cm-1处出现了较为明显的-NH伸缩振动峰,而a曲线中无此特征峰.由此可推断,PU-1涂料固化过程中涂料中残留-NCO基与空气中的水汽反应最终生成脲键.
                    
    3.2热分析
    对PU-1涂料固化后的涂膜进行热重分析测试(TGA),其TGA曲线如图3所示,它显示了涂膜在加热情况下的质量变化.由图3可见,在开始升温至244℃过程中,涂膜质量出现轻微下降,质量损失约3%,这可能与涂膜中含的微量水分被加热蒸发及涂膜中的小分子物质被加热分解有关.自244℃至400℃,涂膜质量损失急剧增加,至400℃时,涂膜质量损失达98%,说明在这一阶段涂膜分子发生了热分解,可见PU-1涂料涂膜具有良好的热稳定性.
              
    3.3涂料性能的测试
    PU-1涂料的理化性质见表1,PU-1涂料与国标常规重防腐涂料(GB/T 9261-2008)的主要性能对比见表2.由表1可见,PU-1涂料的固含量达98.8%,几乎无可挥发性溶剂存在,不会对环境产生污染.由表2可知,PU-1涂料的附着力高达8.7MPa,超过常规重防腐涂料国标中要求的3MPa,说明其附着力性能优异;其耐盐雾性达到2000h无锈蚀变化,也远超过该国标中要求的单组份漆500h和双组分漆1000h;其耐氙灯老化性也超过该国标要求的500h,达到了1000h无锈蚀变化;其它诸如耐盐水、柔韧性等性能指标也达到或高于该国标指标要求.可见,PU-1涂料的主要性能超过常规的重防腐涂料指标要求,是一种环保型性能优异的重防腐涂料.

    4·结论
    1)通过预聚体法合成了一种无溶剂单组份重防腐聚氨酯涂料(PU-1涂料),并对其进行了FTIR及TGA表征,其热稳定性良好.
    2)对PU-1涂料进行了性能测试,测试结果表明涂料耐盐雾、耐氙灯老化及附着力等性能较优,超过现有的国内重防腐涂料标准要求.
参考文献:
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