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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-08-03 21:45
0引言
目前海洋重防腐領(lǐng)域防護(hù)涂層主要以多涂層配套體系為主,如環(huán)氧富鋅底漆 + 環(huán)氧云鐵中間漆 + 丙烯酸聚氨酯面漆/氟碳面漆,該體系防腐耐候性能已在多年的應(yīng)用中得到驗(yàn)證,但其存在著 涂料施工周期長、施工成本高、固含低、VOC高等缺點(diǎn)。聚天冬氨酸酯聚脲涂料是一種新型聚脲涂料,相對于傳統(tǒng)配套涂層,具有固化速度快、VOC含量低、一次施工可獲得高膜厚等優(yōu)點(diǎn)。本研究針對海洋腐蝕環(huán)境,通過對樹脂、固化劑、活性稀釋劑、助劑等進(jìn)行研究,開發(fā)無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料,該涂料具有合適的混合適用期、優(yōu)異的基材附著力及耐候性能。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1 水配方設(shè)計(jì)及制漆工
無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料基礎(chǔ)配方見表1,其制備工藝為:按配方量依次加入樹脂、混合溶劑、助劑攪拌均勻,然后加入顏料和填料,攪拌均勻后進(jìn)行研磨,直至達(dá)到規(guī)定細(xì)度,補(bǔ)加溶劑,調(diào)節(jié)固含,得到聚天冬氨酸聚脲涂料A組分。
表 1 無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料配方
1.2 樣板制備
用于附著力(劃格法)、 柔韌性、 耐沖擊性測試的樣板均按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求制備,涂膜采用空氣噴涂法,其膜厚均在(20±3) μm;拉開法附著力、耐鹽霧、耐紫外老化、循環(huán)老化測試采用配套板,其制備過程如下:3 mm 鋼板,樣板表面除油噴砂處理,對樣板背面噴涂環(huán)氧厚漿型涂層進(jìn)行保護(hù)處理,空氣噴涂無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料,膜厚250~300 μm。
2結(jié)果與討論
2.1 無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料的基本配方
2.1.1樹脂的選擇
選擇兩種不同活性的聚天冬氨酸酯樹脂搭配使用來控制涂料的適用期,其中樹脂A活性較低,樹脂B活性較高,選擇HDI二聚體作為固化劑,測試涂料的適用期及表干時間,測試結(jié)果見表2。從表2結(jié)果可以看出,當(dāng)m(樹脂A):m(樹脂B)=2:1時,涂料兼具合適的適用期和較快的干燥時間,因此選擇選擇A樹脂與B樹脂按照質(zhì)量比2:1混合使用。
表 2 不同樹脂對涂料適用期和干燥時間的影響
2.1.2 固化劑的選擇
本研究開發(fā)的聚天冬氨酸酯聚脲涂料為無溶劑涂料,傳統(tǒng)異氰酸酯固化劑如HDI三聚體黏度較大,不能滿足涂料施工要求,因此選擇低黏度的縮二脲二異氰酸酯(分子結(jié)構(gòu)見圖1)作為固化劑主體。同時,由于無溶劑聚天冬氨酸酯聚脲涂料固化速度快,涂層內(nèi)聚力大,往往對基材的潤濕性較差,特別是在表面處理不夠的情況下,附著力難以滿足要求。選擇硅烷改性異氰酸酯固化劑(分子結(jié)構(gòu)見圖2)與二脲二異氰酸酯復(fù)配使用,通過硅烷基團(tuán)與基體表面的化學(xué)鍵合作用來提高涂層的附著力。通過試驗(yàn)測試,當(dāng)硅烷改性異氰酸酯與縮二脲質(zhì)量比為1:1時,涂料具有最優(yōu)的附著力和施工性能。
圖1 縮二脲異氰酸酯分子結(jié)構(gòu)圖
圖2 硅烷改性異氰酸酯分子結(jié)構(gòu)圖
2.1.3顏基比的選擇
樹脂的含量越高,涂料的耐候性能越好,但是由于聚脲涂料固化速度快,樹脂添加量大時涂料在基材表面潤濕差,可能存在附著力變差的問題。分別設(shè)計(jì)不同顏基比制備涂料并進(jìn)行附著力和耐人工加速老化測試,測試結(jié)果見表3。
表 3 不同顏基比對涂料附著力和耐候性能的影響
從表3數(shù)據(jù)可以看出,顏基比越高,涂料的混合適用期越長、附著力越大,耐候性能稍有降低。綜合考慮附著力和耐候性能,選擇P/B為1.5/1,涂料耐老化性能可通過添加紫外光吸收劑進(jìn)一步提高。
2.2 無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料性能評價(jià)
參照HG/T 5368—2018 《聚天門冬氨酸酯防腐涂料》對聚天冬氨酸酯涂料的性能要求對涂料進(jìn)行性能測試,測試結(jié)果見表4。
表 4 聚天冬氨酸酯聚脲性能
從測試結(jié)果可以看出,本研究所開發(fā)的涂料滿足HG/T 5368—2018對聚天冬氨酸酯聚脲涂料的性能要求,具備優(yōu)異的附著力、耐候性能以及合適的混合適用期。
參照ISO 12944-9 對海洋防護(hù)涂層配套體系的要求,分別制備無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲樣板和環(huán)氧富鋅+環(huán)氧云鐵+聚氨酯配套體系樣板進(jìn)行循環(huán)老化對比測試,測試結(jié)果見表5,腐蝕蔓延照片見圖3。
表 5 不同配套體系性能對比
圖 3 不同配套體系耐循環(huán)老化測試樣板
從循環(huán)老化測試結(jié)果可以看出,底面合一聚天冬氨酸酯聚脲單涂層和環(huán)氧富鋅+環(huán)氧云鐵+聚氨酯配套體系均能滿足ISO 12944-9性能要求,聚天冬氨酸酯聚脲涂料由于更加綠色環(huán)保,可在某些領(lǐng)域替代傳統(tǒng)配套體系應(yīng)用于海洋大氣腐蝕環(huán)境中。
2.3 無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲在跨海大橋上的應(yīng)用
舟山跨海大橋自2009年通車以來,由于苛刻的海洋腐蝕環(huán)境,大橋全線鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)涂層均出現(xiàn)了一定程度上的失效,目前舟山跨海大橋已進(jìn)入養(yǎng)護(hù)期。新建時期舟山跨海大橋護(hù)欄和風(fēng)障選用無機(jī)富鋅+云鐵中間漆+聚氨酯面漆配套體系,但在應(yīng)用3~5 a后涂層出現(xiàn)生銹、粉化、褪色問題。選擇本研究開發(fā)的底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料應(yīng)用于舟山跨海大橋西堠門大橋護(hù)欄和風(fēng)障,交工驗(yàn)收2 a后對應(yīng)用效果進(jìn)行勘驗(yàn),未發(fā)生粉化、生銹、脫落等現(xiàn)象,應(yīng)用效果良好。
3結(jié) 語
(1)選擇聚天冬氨酸酯樹脂并選擇合適的固化劑,添加合適的消泡劑、吸水劑、紫外光吸收劑和活性稀釋劑,研制了無溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料。
(2)該涂料具備合適的混合適用期、低VOC、優(yōu)異的附著力和耐候性能,可滿足HG/T 5368—2018 《聚天門冬氨酸酯防腐涂料》以及ISO 12944-9 的要求。
(3)該涂料綠色、環(huán)保、一次施工可獲得高膜厚,在某些領(lǐng)域可替代傳統(tǒng)三涂層配套體系,在海洋重防腐領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
來源:涂料工業(yè)