刘湘，张静元，张津滔，陈万军，孙宏刚，曹皓，刘洋

（西南手艺工程筹商所，重庆400039）

节录

以水性羟基丙烯酸散播体与异氰酸酯固化剂为主要成膜物，复配防锈方式与功能助剂，制备了底面合一高性能水性聚氨酯涂料。本筹商斟酌了水性羟基丙烯酸树脂散播体（以下简称羟丙树脂散播体）、异氰酸酯固化剂种类与用量、功能助剂、防锈方式及耐腐蚀助剂对涂料性能的影响。扫尾标明，领受羟值为129mgKOH/g羟丙烯酸散播体与亲水改性IPDI固化剂算作成膜物，适度（-NCO）（/-OH）物资的量比为1.5，复配钼酸锌与离子交换填料算作防锈方式，赞成有机耐腐蚀助剂，可制备兼具防腐性能与耐候性能的高性能底面合一水性聚氨酯涂料。该涂料可替代环氧底漆与聚氨酯面漆复合涂层，简化涂装工艺，提高涂装效率及能耗期骗率。

关节词

水性羟基丙烯酸；功能助剂；底面合一；防腐涂层

小序

水性聚氨酯涂层具有优良的庇荫性能与较高的耐候性能[1-2]，同大多数涂层具有风雅的配套性能。在户外环境中，与水性环氧底漆配套，可赋予被保护基材握久厚实的耐蚀性，同期还不错餍足VOC排放条目。关连词，水性环氧底漆在常温环境中干燥期间长，不宜与水性聚氨酯面漆“湿碰湿”涂装，变成涂装效率低、能耗高级问题[3]。因此，为简化涂装工艺，研制具有耐候性与耐蚀性一体化单一涂层，成为户外督察涂层体系发展的趋势。

本筹商连合现时阛阓及客户需求[4-6]，期骗聚氨酯涂层交联密度高、黏服从风雅的性格，研制了一种高性能底面合一水性聚氨酯涂层，斟酌了水性羟丙树脂、异氰酸酯固化剂、功能助剂、防锈颜填料对漆膜性能的影响。制备出兼具防腐性能与耐候性能的水性聚氨酯涂料，达成了涂层的底面合一涂装，漆膜厚度50~70μm，耐盐雾性与耐候性可达到480h以上。

1践诺部分

1.1主要原材料

水性羟丙树脂Houxian5039A：广东花果山环保科技有限公司；PROSPERSE800：陶氏化学；Antkote2042：万华化学集团股份有限公司；AH200：广东启润新材料有限公司；异氰酸酯固化剂N3390：Bayhydur401-70、MPA/X：科念念创；OS-9030：广州冠志新材料科技有限公司；S-208：武汉仕全兴新材料股份有限公司；防锈方式AP-30、ZP-50、MX-150：广西科立方新材料有限公司；SW370：广州念念维孚新材料有限公司；耐腐蚀助剂A630：北京伯源化工有限公司；Raybo75：广州辰辉生意有限公司；MP200：迈图高新材料；功能助剂Tego810、Tego902W、Tego450：迪高；BYK011：毕克化学；MD20：重庆塞克念念化工；KYC616：广州市晏古生意有限公司。

1.2仪器修复

电子天平（XPR5003SC）：梅特勒托利多；pH测试仪（PHS-2F）：上海雷磁；高速散播机（BGD740）：标格达精密仪器；篮式砂磨机（BGD756）：标格达精密仪器；盐雾查验箱（Q-FOG）：Q-Lab公司；紫外线老化查验箱（QUV/se）：Q-Lab公司；涂-4#杯：上海天辰当代环境手艺有限公司；涂层测厚仪（byko-test8500）：BYK公司；明后仪（YG268）：广东三恩时科技有限公司；耐磨测试仪（Taber1700）：好意思国泰伯尔公司。

1.3涂料制备

按照表1配方，将去离子水、润湿散播剂、消泡剂、pH障碍剂加入烧杯中，高速搅动15min，然后顺序加入钛白粉、炭黑、填料和防锈方式，高速搅动10~15min，用砂磨机研磨至细度≤25μm，制得水性色浆。

将色浆转化至干净烧杯中，低速搅动下加入pH障碍剂，调停至pH值为8~9，搅动情状下顺序加入9~15项原料，过滤即得水洗聚氨酯涂料A组分。

另取干净烧杯，加入助溶剂与脱水剂，低速搅动30min，然后加入异氰酸酯固化剂，搅动15min即得水性聚氨酯涂料B组分。

1.4性能测试

漆膜黏服从按照GB/T1720—2022《漆膜划圈查验》进行测定；铅笔硬度按照GB/T6739—2022《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行测定；耐冲击性按照GB/T1732—2020《漆膜耐冲击测定法》进行测定；明后按照GB/T9754—2007《色漆和清漆不含金属方式的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面明后的测定》进行测定；耐水性按照GB/T1733—1993《漆膜耐水性测定法》进行测定；耐酸碱性按照GB/T9274—1988《色漆和清漆耐液体介质的测定》进行测定；耐盐雾性按照GB/T1771—2007《色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定》进行测定；耐候性按照GB/T1865—2009《色漆和清漆东谈主工景观老化和东谈主工发射曝露滤过的氙弧发射》进行测定，耐磨性按照GB/T1768—2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》进行测定。

2扫尾与斟酌

2.1水性羟丙树脂对漆膜性能的影响

水性羟基丙烯酸树脂算作聚氨酯涂层的主要成膜物之一，对涂层性能具有贫乏影响，常见的乳液主要有一级散播体与二级散播体两种形态，一级散播体相对分子质地大，干燥速率快，VOC含量低，但其交联密度低，漆膜细巧性差，同期乳液中的名义活性剂在成膜历程中容易移动至涂层名义，使漆膜的硬度及平静变差；二级散播体粒径小，明后高，较高的羟值不错达成细巧的交联鸠集，提高了面漆的耐磨及耐液体介质性能，更适用于高性能底面合一涂层的制备。本筹商遴荐了4款具有代表性的乳液进行查验检会，扫尾如表2所示。

由表2可知，Antkote2042的羟值较高，具有最高的明后及硬度，较高的交联密度使其同期具有较好的耐水及耐酸碱性能，但高羟值也导致其漆膜脆硬，抗冲击性能较差；AH200属于中低羟值散播体，其干燥速率较快，方式润湿性好，但较低的交联密度使其耐水及酸碱性能较差；PROSPERSE800与Houxian5039A树脂性能平衡且两款树脂性能较为接近，均具有较好的硬度、抗冲击、耐磨及耐酸碱性能，但Houxian5039A较PROSPERSE800明后高，具有更好的庇荫性能，因此，本筹商遴荐Houxian5039A树脂作念为涂层成膜物。

2.2异氰酸酯固化剂畸形用量对漆膜性能的影响

水性聚氨酯中常用的固化剂主要以低黏度疏水型异氰酸酯和亲水型自乳化异氰酸酯为主。低黏度疏水型异氰酸酯耐水性能好，水油通用且本钱低；亲水型自乳化异氰酸酯包括非离子型及离子型两种。非离子型通过将含有环氧乙烷或环氧丙烷等聚醚类亲水结构引入多异氰酸酯中，使其达到一定的亲水性能，同期聚醚结构不错提供较好的柔韧及挠曲性能；离子型固化剂主要为阴离子磺酸盐型，其官能度相对较高，交联密度大。本践诺登科了4款不同的固化剂与Houxian5039A水性羟丙树脂进行配套查验，践诺扫尾如表3所示。

由表3可知，N3390与OS-9030固化剂均领有较好的耐酸碱及耐盐雾性能，但其明后及硬度较低。主若是因为N3390算作为疏水型油性固化剂，与水性乳液的混溶性能较差；OS-3090算作有机硅改性异氰酸酯，有机硅基团的引入提高漆膜疏水性能的同期也裁汰了其与乳液的混溶性能，因此两种固化剂均很难与乳液形成均匀细巧的漆膜，导致漆膜明后着落、硬度较低；S-208为亲水型HDI固化剂，与乳液的混溶性能较好，漆膜均匀细巧，制备的漆膜明后与硬度均较高，但亲水性磺酸基团的引入也会使漆膜耐水性能着落，使漆膜发白；Bayhydur401-70MPA/X为亲水改性IPDI型固化剂，与羟丙树脂的混溶性较好，漆膜明后较高，IPDI的环状结构也比HDI更容易形成氢键，在外力作用下省略更好的汲取能量，并在外力散失后实时复原，因此具有更好的耐磨性及韧性。同期，IPDI的环状结构比HDI的长链结构省略提供更好的刚性，使漆膜硬度提高，具有更好的督察性能。因此，本践诺遴荐Bayhydur401-70MPA/X算作高性能底面合一水性聚氨酯涂料中的固化剂。

聚氨酯涂料依靠固化剂组分提供（-NCO）与主体树脂中的（-OH）响应交联成膜。表面情况下，（-NCO）/（-OH）物资的量比约为1，但在水性体系中，星空体育官方网站水以及配方中的pH障碍剂等物资均会糟践一定的（-NCO）。为笃定（-NCO）（/-OH）最好物资的量比，本践诺评估了不同（-NCO）（/-OH）物资的量比对涂层性能的影响，扫尾如表4所示。

由表4可知，当（-NCO）（/-OH）物资的量比拟低时，漆膜干燥速率快但硬度低，未参与响应的（-OH）较多，使漆膜耐水性能差。跟着（-NCO）（/-OH）物资的量比提高，更多的交联基团参与响应，漆膜细巧性提高，溶剂及水分蒸发阻力增大，漆膜干燥速率有所着落，但收获于漆膜交联密度的耕种，漆膜硬度与明后逐渐提高，耐水性能明显改善。当（-NCO）（/-OH）物资的量比＞1.5时，漆膜干燥速率再次由慢变快，可能是由于过量的固化剂自交联趋势加重，相对分子质地飞速耕种，提高了漆膜表干速率，同期跟着固化剂用量加多，与主体树脂的混溶性着落，以及聚脲等不溶性副产物的产生，使涂层明后裁汰。

查验标明，加多固化剂用量还会导致体系黏度快速升高，使湿膜无法充分流平，变成干膜明后着落。此外，副响应产生的二氧化碳无法实时排出，漆膜起泡倾向加多，龙套漆膜完好性。抽象琢磨，当（-NCO）（/-OH）物资的量比1.5时，漆膜抽象性能较好。

2.3功能助剂对漆膜性能的影响

由于异氰酸酯与水响应的存在，水性聚氨酯领有较为明显的起泡倾向，同期水性聚氨酯为非均相体系，配方中存在着多量的散播剂，名义活性剂等稳泡身分，导致其消泡难度较大。使用消泡剂，流平剂等名义功能助剂是科罚此类漆膜弱势的较好形势，消泡剂不错提高湿膜的脱泡与破泡才智，流平剂不错延迟湿膜灵通期间，摒除气泡离散后的针孔鱼眼缩孔等弱势，使漆膜外不雅得以改善。本筹商评估了一系列消泡剂与流平剂的组合情况，查验情况如表5所示。

由表5可知，多样类型的消泡剂与流平剂单独使用时均无法达到较好的效率，将Tego810、BYK011两种消泡剂与KYC616流平剂组合使用不错达到最好的消泡效率。Tego810消泡剂算作老例有机硅消泡剂浓缩液，省略快速脱泡，摒除喷涂历程中因为空气雾化引起的气泡；BYK011为新式团员物消泡剂，与体系的名义张力互异较小，与体系的相容性较好，作用期间较长，有益于聚氨酯中响应型气泡的脱除。两种消泡剂组合使用，保证了漆膜干燥历程中全程消泡剂的高效作用，KYC616为非硅团员物流平剂，其稳泡倾向较有机硅消泡剂更低，有益于漆膜破泡后的流平。

2.4防锈方式及耐腐蚀助剂对漆膜性能的影响

防锈颜填料[7-8]是制备耐蚀性涂层不成或缺的一部分。期骗其物理防锈方式与化学防锈方式机理，可显耀提高涂层的防腐性能。常用的防锈方式如氧化铁红，云母粉，铝粉，玻璃鳞片、铅系方式、铬系方式、磷酸/钼酸盐方式、离子交换型方式等。本筹商重心评估了磷酸盐防锈方式，钼酸盐防锈方式，离子交换型防锈方式等新式环保防锈方式对涂层耐盐雾性能的影响，扫尾如表6所示。

由表6可知，三聚磷酸铝与磷酸锌为环保型防锈方式的代表，其离子活性较低，无法在涂覆初期形成灵验的钝化膜，抽象性能较差。钼酸锌其离子活性较磷酸盐系方式高，省略在涂覆初期形成较细巧的钝化膜，抽象性能较好，但其在后期腐蚀介质到达漆膜与基材界面时候抗浸透压性能较差，容易导致漆膜起泡。离子交换型防锈方式主要依靠离子置换作用遏制腐蚀性离子，并释出相应的钙离子和稀土离子，当此历程握续进行时，钙离子层和稀土离子层就堆积在金属与涂层界面上，起到隔断作用，同期，增强涂层黏服从，裁汰了漆膜起泡的风险。将钼酸锌与离子交换助剂合营使用，期骗二者的协同性能上风，制备的涂层性能最好。

防锈颜填料的握续水解作用不错为涂层提供长效的督察作用，但起效慢，无法在涂覆初期对基材起到灵验的保护作用，同期，防锈方式的水解还会导致漆膜浸透压升高，引起涂层湿黏服从着落，导致涂层起泡零碎。而液体有机耐腐蚀助剂[9]可在体系中充分溶甩手播，与防锈方式产生风雅的协同作用，提高漆膜的耐腐蚀性能。常见的有机耐腐蚀助剂有吸附型的磺酸铵盐，羧酸铵盐以及提高湿黏服从的硅烷偶联剂等。本践诺遴荐了3款具有代表性的有机耐腐蚀助剂进行评估，扫尾如表7所示。

由表7可知，耐腐蚀助剂的加入均不错在一定进度提高漆膜的耐盐雾性能，其中RATBO-75的效率最好，RAYBO-75为磺酸铵盐型耐盐雾助剂，可在金属基材名义形成“伞”状督察，具有强力隔阻、提高黏服从和耐腐蚀的三重功效。

2.5性能见地

经配方优化后，高性能底面合一水性聚氨酯涂料手艺见地情况见表8所示。

3结语

本筹商制备了一种高性能水性聚氨酯涂料，其耐蚀性与耐候性均达到480h以上，可餍足底面合一涂装条目。该涂料采纳中高羟值丙烯酸散播体与亲水改性IPD算作成膜物星空体育中国官网入口，适度（-NCO）（/-OH）物资的量比为1.5，采纳钼酸锌与有机硅离子交换填料算作防锈方式，并搭配磺酸铵盐型耐盐雾助剂，同期，配方领受有机硅消泡剂、非硅消泡剂与非硅流平剂等功能助剂复配，改善水性聚氨酯家具施工中的微泡、痱子、缩孔及针眼等不良外不雅，使漆膜具备风雅的保护性能及庇荫性能。