弹性耐候丙烯酸聚氨酯涂料的研制

　　摘要：介绍了环保型弹性耐候型丙烯酸聚氨酯的制备方法，讨论了羟基丙烯酸树脂种类及用量、聚天门冬氨酸树脂的用量、填料的种类及用量、催化剂的种类和用量、溶剂的种类和用量对涂膜性能的影响。结果表明，研制的环保型弹性耐候丙烯酸聚氨酯涂料具有极强的附着力、良好的耐候性和弹性，可抵抗混凝土表面的轻微裂纹。

　　0·前言

　　混凝土腐蚀会造成巨大损失，但无论现在乃至将来，混凝土材料都以其优良的结构性能和承重性能在材料领域占据重要地位，因此，研究混凝土材料的防护方法以控制混凝土材料的碳化腐蚀，减少腐蚀造成的损失，对国民经济发展具有重要意义。其中最常用的方法就是在混凝土表面涂覆防护涂层，以隔绝空气中的二氧化碳以及各种介质与混凝土基体接触。随着建筑、交通等行业的发展，这些领域对混凝土防护涂料的品种和性能提出了更高的要求。

　　传统的丙烯酸聚氨酯涂料为刚性涂层[1-7]，适用于金属表面的涂覆防护，在用于混凝土表面时，硬度有余韧性不足，极易产生微裂纹而使防护效果大大降低，导致修补及保养费用增加;一次施工厚度过厚会开裂，要想达到1mm的施工厚度必须采用多道施工，施工周期长，效率低[8-9]。

　　本文研制的一种用于混凝土结构表面的环保型弹性耐候型丙烯酸聚氨酯涂料，具有极强的附着力、耐候性好、弹性好，可抵抗混凝土表面的轻微裂纹等优良的性能，并且固含量高，所用溶剂为环保型，而且可一次施工达到所需的施工厚度，施工效率高。其主要应用领域为混凝土结构表面的防护、防水、装饰等工程的主体材料或作为其它主体材料的面漆配套材料使用。

　　1·实验

　　1.1主要原料

　　色漆组分主要原料：羟基丙烯酸树脂，FS-2050、FS-2460A、FS-3060、FS-4365A，工业级，海明斯;聚天门冬氨酸树酯，NH1420，德国拜耳;催化剂，T-12，美国气体化学;填料、助剂、溶剂等，市售固化剂组分主要原料：聚醚多元醇，定制生产;异氰酸酯，IPDI、N75、N3390，工业级，德国拜耳;助剂、溶剂等，市售。

　　1.2环保型弹性耐候丙烯酸聚氨酯涂料的制备

　　先把羟基丙烯酸树脂、聚天门冬氨酸树脂和溶剂加入到反应釜中，然后慢速搅拌下待树脂与溶剂分散均匀后，加入填料、颜料、助剂后高速搅拌0.5～1.0h后，进入研磨机研磨至所需的细度，用100目筛网过滤后出料。

　　1.3涂料的基本配方

　　1.4涂膜制备方法

　　将涂料的色漆组分和固化剂组分按照质量比100∶50混合均匀后倒入喷漆罐中，调整好喷枪压力和流量，将涂料均匀喷涂在涂硅隔离膜上，保证干膜厚度为400～800μm，标准条件下[温度23℃，相对湿度%]养护7d后裁样测试。

　　1.5性能测试方法

　　拉伸性能试件形状按照GB/T528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》中的Ⅰ型哑铃裁制。电子拉力机采用深圳新三思计量技术有限公司的4104型电子拉力机，传感器采用200N量程，拉伸速度为250mm/min。

　　2·结果与讨论

　　2.1羟基丙烯酸树脂含量对涂料性能的影响

　　选用羟基丙烯酸树脂FS-2050、FS-2460A、FS-3060、FS-4365A，在不同含量下分别配制色漆组分，通过调整自制弹性固化剂中的聚醚多元醇和异氰酸酯的比例来调整固化剂组分的—NCO含量，使色漆组分与固化剂组分在配比相同的情况下保持其R值[n∶n]=1.05不变，色漆组分与自制弹性固化剂组分混合涂膜，待涂膜养护到期后测试涂膜性能，结果如图1、图2所示。

　　由图1和图2可以看出，采用不同羟基丙烯酸树脂在不同含量下与相应用量固化剂配制的涂膜的拉伸强度随羟基丙烯酸树脂含量的升高而逐渐提高，断裂伸长率随羟基丙烯酸树脂含量的升高而逐渐减小。这是由于随羟基丙烯酸树脂含量的升高，涂膜中由树脂和固化剂形成的成膜物质的比例升高，而溶剂的比例降低，所以其拉伸强度逐渐升高，而断裂伸长率逐渐降低。FS-2050、FS-2460A、FS-3060、FS-4365A这4种羟基丙烯酸树脂的羟值依次升高，其分子质量依次降低，在相同用量的情况下所形成涂膜的交联度依次增大，所以其拉伸强度按照FS-2050、FS-2460A、FS-3060、FS-4365A的顺序依次升高，断裂伸长率则依次降低。

　　2.2羟基丙烯酸树脂与聚天门冬氨酸树脂NH1420混合使用对涂料性能的影响

　　选用羟基丙烯酸树脂FS-2050、FS-2460A、FS-3060、FS-4365A与聚天门冬氨酸树脂NH1420混合使用分别配制色漆组分，通过调整自制弹性固化剂中的聚醚多元醇和异氰酸酯的比例来调整固化剂组分的—NCO含量，使色漆组分与固化剂组分在配比不变的情况下保持其R值[n∶n]=1.05不变，色漆组分与自制弹性固化剂组分混合涂膜，待涂膜养护到期后测试涂膜性能，结果如图3、图4所示。

　　由图3、图4可以看出，在不同羟基丙烯酸树脂中加入不同用量的聚天门冬氨酸树脂后，与相应用量的固化剂配制的涂膜的拉伸强度随聚天门冬氨酸树脂NH1420含量的升高而逐渐提高，断裂伸长率随NH1420的升高而逐渐增大。这是由于聚天门冬氨酸树脂NH1420比羟基丙烯酸树脂的Tg值要低，其常温下为液态，而羟基丙烯酸树脂常温下为固态，所以聚天门冬氨酸树脂NH1420的加入改善了涂膜的柔韧性，使其延伸率进一步提高。同时，聚天门冬氨酸树脂的加入，在固化过程中，聚天门冬氨酸树脂和羟基丙烯酸树脂同时与异氰酸酯固化剂反应固化，形成化学交联互穿网络结构，所以同时也提升了涂膜的拉伸强度。

　　2.3颜填料种类和用量对涂料性能的影响

　　选用钛白粉、轻钙、滑石粉分别在色漆组分中以不同的添加量配制成色漆组分，与自制弹性固化剂组分混合后制成涂膜，待涂膜养护到期后测试涂膜性能，结果如图5、图6所示。

　　由图5、图6可以看出，在不同颜填料用量下，与固化剂配制的涂膜拉伸强度随颜填料用量的升高而逐渐降低，断裂伸长率随颜填料用量增大而逐渐降低，并且当颜填料用量超过25%以后，涂膜的拉伸强度和断裂伸长率急剧下降。这是由于颜填料的加入阻碍了涂膜固化时分子链间作用力的形成，变为了分子链与颜填料粒子之间的作用力和分子链间的作用力并存，随着颜填料用量的增多分子链与颜填料粒子之间的作用力变为主导地位，所以当颜填料用量超过25%时，涂膜的拉伸强度和断裂伸长率显著下降。

　　2.4催化剂种类和用量对涂料性能的影响

　　选用有机锡和胺类催化剂，分别在树脂组分中以不同的添加量配制成色漆组分，与自制弹性固化剂组分混合后制成涂膜，考察其对涂膜表干时间的影响，结果如图7所示。

　　由图7可以看出，在不同催化剂用量下，与固化剂配制的漆膜的表干时间随催化剂用量的升高而逐渐加快，并且相同催化剂用量下，添加有机锡催化剂的涂膜的表干时间比添加胺类催化剂的要快，这是由于有机锡催化剂对—OH和—NCO的反应比胺类催化剂有更高的选择催化作用，而胺类催化剂对H2O与—NCO具有更高的选择催化作用。但是当催化剂增加到一定量之后，其表干速度提升不明显。

　　2.5溶剂种类和用量对涂料性能的影响

　　选用乙酸乙酯、丙酮、乙酸丁酯和二甲苯这4种溶剂，分别在树脂组分中以不同的添加量配制成色漆组分，与自制弹性固化剂组分混合后制成涂膜，考察溶剂种类和用量对涂膜表干时间的影响，结果如图8所示。

　　由图8可以看出，与固化剂配制的涂膜表干时间随溶剂用量的升高而逐渐延长，并且相同溶剂用量下，表干时间按照丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯的顺序依次延长。这是由于这4种溶剂的沸点依次升高，沸点越高其挥发速度越慢，涂膜表干越慢，所以表干时间逐渐延长。

　　2.6最佳优化配方

　　经上述一系列试验，得到弹性耐候丙烯酸聚氨酯涂料的优化配方见表3、表4。

　　2.7最佳优化配方涂料的性能

　　3·结论

　　随着环保型弹性耐候丙烯酸聚氨酯涂料中羟基丙烯酸树脂用量的增大，涂膜的拉伸强度逐渐提高，断裂伸长率逐渐降低;随着羟基丙烯酸树脂中聚天门冬氨酸树脂用量的增多，涂膜的拉伸强度和断裂伸长率均逐渐升高;随填料用量的增大涂膜的拉伸强度和断裂伸长率逐渐降低。涂膜的表干时间随催化剂用量的增加而逐渐缩短，随溶剂用量的增大而逐渐延长。

　　环保型弹性耐候丙烯酸聚氨酯涂料色漆组分的最佳配比为：m∶m∶m∶m∶m∶m∶m=35∶15∶15∶5∶5∶0.6∶22.7;弹性固化剂组分的最佳配比为：m∶m∶m∶m=50∶23∶0.2∶26.8。按最佳配方制备的涂料的拉伸强度为13.5MPa，断裂伸长率为170%，附着力为5.6MPa，耐老化性为1000h。