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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(zhǎng)、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(duì)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(duì)海洋腐蝕環(huán)境，通過(guò)對(duì)樹(shù)脂、固化劑、活性稀釋劑、助劑等進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)無(wú)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(wú)溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料基礎(chǔ)配方見(jiàn)表1，其制備工藝為：按配方量依次加入樹(shù)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(wú)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(cè)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(kāi)法附著力、耐鹽霧、耐紫外老化、循環(huán)老化測(cè)試采用配套板，其制備過(guò)程如下：3 mm 鋼板，樣板表面除油噴砂處理，對(duì)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(wú)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(wú)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(shù)脂的選擇

 

選擇兩種不同活性的聚天冬氨酸酯樹(shù)脂搭配使用來(lái)控制涂料的適用期，其中樹(shù)脂A活性較低，樹(shù)脂B活性較高，選擇HDI二聚體作為固化劑，測(cè)試涂料的適用期及表干時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2結(jié)果可以看出，當(dāng)m（樹(shù)脂A）：m（樹(shù)脂B）=2：1時(shí)，涂料兼具合適的適用期和較快的干燥時(shí)間，因此選擇選擇A樹(shù)脂與B樹(shù)脂按照質(zhì)量比2:1混合使用。

 

表 2 不同樹(shù)脂對(duì)涂料適用期和干燥時(shí)間的影響

 

 

2.1.2 固化劑的選擇

 

本研究開(kāi)發(fā)的聚天冬氨酸酯聚脲涂料為無(wú)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(mǎn)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(jiàn)圖1）作為固化劑主體。同時(shí)，由于無(wú)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(duì)基材的潤(rùn)濕性較差，特別是在表面處理不夠的情況下，附著力難以滿(mǎn)足要求。選擇硅烷改性異氰酸酯固化劑（分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2）與二脲二異氰酸酯復(fù)配使用，通過(guò)硅烷基團(tuán)與基體表面的化學(xué)鍵合作用來(lái)提高涂層的附著力。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)硅烷改性異氰酸酯與縮二脲質(zhì)量比為1：1時(shí)，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(shù)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(shù)脂添加量大時(shí)涂料在基材表面潤(rùn)濕差，可能存在附著力變差的問(wèn)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(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

 

表 3 不同顏基比對(duì)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(zhǎng)、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(guò)添加紫外光吸收劑進(jìn)一步提高。

 

2.2 無(wú)溶劑底面合一聚天冬氨酸酯聚脲涂料性能評(píng)價(jià)

 

參照HG/T 5368—2018 《聚天門(mén)冬氨酸酯防腐涂料》對(duì)聚天冬氨酸酯涂料的性能要求對(duì)涂料進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

 

表 4 聚天冬氨酸酯聚脲性能

 

 

從測(cè)試結(jié)果可以看出，本研究所開(kāi)發(fā)的涂料滿(mǎn)足HG/T 5368—2018對(duì)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(duì)海洋防護(hù)涂層配套體系的要求，分別制備無(wú)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(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5，腐蝕蔓延照片見(jiàn)圖3。

 

表 5 不同配套體系性能對(duì)比

 

 

圖 3  不同配套體系耐循環(huán)老化測(cè)試樣板

 

從循環(huán)老化測(cè)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(mǎn)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(wú)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(chē)以來(lái)，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(shí)期舟山跨海大橋護(hù)欄和風(fēng)障選用無(wú)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(wèn)題。選擇本研究開(kāi)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(mén)大橋護(hù)欄和風(fēng)障，交工驗(yàn)收2 a后對(duì)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(yǔ)

 

（1）選擇聚天冬氨酸酯樹(shù)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(wú)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(mǎn)足HG/T 5368—2018 《聚天門(mén)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。