聚天門冬氨酸酯重防腐塗料

聚天門冬氨酸脂重防腐塗料是採用新型結構的聚天門冬氨酸酯做為主體樹脂，脂肪族異氰酸酯為固化劑，研製成功了具有超長耐紫外線功能的脂肪族聚脲重防腐塗料，該塗料具有高固低粘特性、耐紫外線試驗超過4000h，耐磨性能優異。是一種優秀的環保型長效重防腐塗料。

關鍵字：聚天門冬氨酸酯，重防腐塗料，耐紫外線4000h

基本介紹

• 中文名：聚天門冬氨酸酯重防腐塗料
• 主體：新型結構的聚天門冬氨酸酯
• 固化劑：脂肪族異氰酸酯
• 關鍵字：聚天門冬氨酸酯，重防腐塗料

簡介

聚天門冬氨酸酯為100%固體含量的液體，粘度只有1000-1500cps，當初研究者將其作為丙烯酸聚氨酯塗料的活性稀釋劑來使用，後來發現可以將其做成兼具優異性能的無溶劑塗料或高固體塗料。該類塗料固體含量在90-100%，零VOC或極低VOC排放，一次施工就可獲得所需膜厚，提高了工作效率，不僅環保，而且節約能源。該塗料與脂肪族異氰酸酯反應，常溫即可成膜，塗膜具有卓越的耐候性，接近氟碳塗料的耐紫外線性能，遠遠超過傳統的丙烯酸聚氨酯（PU）塗料；除此以外，它還具有超級的耐磨耗性能。因此該塗料在重防腐塗料、船舶塗料、風力發電葉片塗料、汽車塗料等領域將具有廣泛的套用前景[1-3]。

然而，由於傳統的聚天門冬氨酸酯只有常用的NH1420和NH1520兩個牌號的樹脂，前者與脂肪族異氰酸酯反應凝膠時間過短，只有15-20min的施工時間，難以進入常規塗料行業；後者雖然凝膠時間較長，但玻璃化溫度Tg太高，性脆，不能單獨使用，只能將二者相互改性，以彌補彼此缺陷，但由此做成的塗料凝膠時間最多不超過半小時，難以為用慣了常規塗料的客戶所接受。

本文採用珠海飛揚化工有限公司自行研發生產的新型結構的聚天門冬氨酸酯系列樹脂，作為塗料的主體樹脂，研製成了具有超長耐紫外線的環保型聚脲重防腐塗料，塗層具有優異的綜合性能。施工活化期可以延長到2-3h，解決了長期存在的聚天門冬氨酸酯塗料施工期限過短的問題。使聚天門冬氨酸酯聚脲這一性能優異的塗料品種進入包括防腐塗裝在內的傳統塗裝領域成為可能。

實驗部分

1.1主要原料

主體樹脂：F524、F520聚天門冬氨酸酯，珠海飛揚化工有限公司生產；D2925樹脂：改性聚天門冬氨酸酯樹脂，珠海飛揚化工有限公司生產；

顏料：金紅石型鈦白粉R595，進口；

東莞展會

助劑：BD-8330分散劑，BD-8141分散劑，佛山市貝特爾化工有限公司。

其它助劑：流平劑，BYK公司生產；消泡劑，EFKA公司；防沉劑、紫外吸收劑，進口；

固化劑原料：HDI三聚體，德國拜耳公司生產

SP-103P彈性固化劑，珠海飛揚化工有限公司生產。

1.2基本配方

表1：聚天門冬氨酸酯聚脲重防腐塗料配方

飛揚化工研究院

原料名稱	用量（%）
A組分：
F524樹脂	20
F520樹脂	20
D2925樹脂	10
R595鈦白粉	40
炭黑	適量
BD-8330分散劑	0.6
BD-8141分散劑	0.8
流平劑	0.4-0.6
消泡劑	0.2
防沉劑	0.3
紫外吸收劑	0.5-2
溶劑	餘量
Total	100
B組分：
HDI三聚體	50-60
SP-103P彈性固化劑	10-15
醋酸丁酯	10-20
適量
Total	100
使用比例： A組份：B組份=2:1	（nNH/nNCO=1.0:1.05）

天冬聚脲樹脂F420

1.3製備工藝

A組分：將樹脂、粉料、助劑依次加入調漆缸中，高速分散30min，然後用砂磨機研磨分散至細度15μm以下，加入剩下的溶劑以調整粘度和固體含量。得到A組分；

B組分：將各原料混合均勻後，過濾包裝；

1.4塗膜製備

將A/B組分按質量比2：1的比例混合，噴塗在0.2mm厚度的馬口鐵板上，根據檢測指標的需要，馬口鐵板可預先噴塗底漆。塗膜厚度控制0.2±0.02mm。

制膜標準參照JG/T172-2005，塗膜在25±2℃條件下固化、養護7天，做性能測試。

1.5性能測試

常規性能測試：按企標Q/FY3-2011《聚天門冬氨酸酯聚脲防腐蝕塗料》標準進行；主要檢測儀器：AUW320型分析天平，乾燥試驗箱，ISO刮板細度計，QTJ彎曲儀，QCJ衝擊儀，MH-1磨耗試驗機，PosiTest塗層拉力儀，CTP701F可程式式高低溫試驗箱，HRTR03調溫調濕儀。

耐紫外線(QUV)測試：檢測依據：ASTMD4587-2005；試驗儀器：QUV加速老化試驗箱，SM-4-2色差計算機，UGV-5D型光澤儀

鹽霧試驗：劃格，3%中性鹽霧試驗，檢測依據GB/T1771-2007；檢測儀器SQ-500-S鹽霧試驗箱。

以上測試內容均委託武漢材料保護研究所機械工業表面覆蓋層產品質量監督檢測中心進行。

性能與影響因素

2.1塗膜性能

天冬聚脲樹脂F520

表2：聚天門冬氨酸酯聚脲重防腐塗料性能

序號	檢驗項目	檢測結果	檢測方法	備註
1	固體含量（%）	90.5	GB/T1725-2007	125℃ 1H
2	細度（μm）	15	GB/T6753.1-2007
3	表乾時間 h	1	GB/T1728-1989
4	實幹時間 h	24	GB/T1728-1989
5	施工期限 h	3	GB/T1728-1989
6	柔韌性 mm	1	GB/T1731-1993
7	耐衝擊 kg.cm	50（正、反）	GB/T1732-1993
8	鉛筆硬度	3H	GB/T6739-2006
	耐磨性 g	0.02	GB/T1768-2006	750g/500r
9	附著力（劃格法）	1 級	GB/T9286-1998	間距1mm
10	耐鹼性 240h	漆膜完好，無異常	GB/T9274-1988	10%NaOH溶液
11	耐酸性 240h	漆膜完好，無異常	GB/T9274-1988	10%H2SO4溶液
12	耐機油 240h	漆膜完好，無異常	GB/T9274-1988
13	冷熱交替循環（3個循環）	漆膜完好，無異常	HG/T2884-1997	一個循環： -20℃×1h→; 80℃×1h
14	耐鹽霧 2000h	合格	GB/T1771-2007	配套環氧富鋅底漆
15	耐人工老化4000h	色差△E=2.9; 失光率 15%	ASTM D4587-2005	QUV313nm

2.2.性能的影響因素

2．2.1樹脂對性能的影響

聚天門冬氨酸酯樹脂種類的選擇對塗層性能有決定性影響。樹脂F520是一種傳統的聚天冬樹脂，相當於國外牌號NH1520，該樹脂的特點是相容性好，塗膜外觀通透豐滿，施工活化期長。由於F520分子結構中-NH基團為冠狀側鏈烷基，加上其鄰位環烷鏈上的甲基位阻效應，妨礙了-NHR基團與異氰酸酯-NCO基團反應成膜後所形成的分子鏈的自由旋轉，導致其塗膜玻璃化溫度(Tg)高，耐衝擊性差。研究表明，其與HDI三聚體製成的塗膜，在10℃以下便開始變脆，對基材附著力全部喪失。因此必須對其性能進行改性。

傳統改性方法之一是加入羥基丙烯酸樹脂，並且加入量要非常大，此法相當於用F520聚天門冬氨酸酯改性丙烯酸樹脂，效果有限，失去了實際意義。第二種方法是加入F420（或拜耳NH1420），確實可以達到改善塗膜脆性的目的。但F420單獨與HDI三聚體反應，活化期≤20min，當與F520樹脂1：1比例搭配時，活化期不超過30min，而塗膜表面乾燥時間超過3h，相當於集中了二者缺點，難以為使用者所接受，這應是聚天門冬氨酸酯雖然作為一種優秀的高分子材料，卻難以在塗料行業順利推廣的根本原因。

為了解決上述難題，飛揚化工研製成功F524和D2925兩種新型結構的聚天門冬氨酸酯樹脂，F524樹脂基本性能相似於F420(相當於國外牌號NH1420)，不同之處在於和HDI三聚體固化劑反應時，凝膠時間在50min以上。並且與有機矽助劑的相容性遠好於F420，塗膜外觀大為改善。F524與F520樹脂大致以1：1比例搭配，作為高固低粘塗料，性能最好，其施工活化期2-3h，塗膜表面乾燥時間1h，此舉順利解決了聚天門冬氨酸酯塗料的施工難題。

D2925樹脂為固體份60%的聚合型大分子聚天門冬氨酸酯化合物，凝膠時間更長，柔韌性更好，適合與彈性固化劑配合做彈性塗料，適當添加可更好地改善塗膜的物理力學性能和施工性能。在本塗料配方中用量為10%左右。

2.2.2固化劑對性能的影響

聚天門冬氨酸酯塗料有著極好的耐紫外線性能，必須選擇與之匹配的脂肪族異氰酸酯固化劑。研究表明，並不是市場上所有牌號的HDI三聚體都能有超長的耐候性。這裡選用拜耳公司生產的某個牌號固化劑為主體樹脂；

由於聚天門冬氨酸酯獨特的分子結構，分子量小，成膜後交聯密度比較大，有一定的收縮性，易造成塗膜內部應力集中，故最好加入柔性的固化劑來改善之。加入10-15%飛揚化工研製生產的彈性固化劑SP-103P，可以使塗膜正反兩面衝擊試驗均超過50kg.cm。這是一種抗紫外線非常好的彈性固化劑，可以保證塗層有足夠的韌性。

2.2.3助劑對性能影響

普通有機矽助劑和聚天門冬氨酸酯的相容性有限，容易發生縮孔，暗泡、漆膜失光等缺陷。必須優選好助劑，流平劑用EFKA3600和BYK333，是比較好的選擇。

2.2.4紫外吸收劑的影響[4]

紫外吸收劑抗紫外線的基本原理是其分子中的特定基團吸收一定波長的紫外光子後，電子從基態被激發到高能級軌道，導致分子重排形成激發態，不穩定的激發態結構重新躍遷回基態，恢復原來的結構，同時釋放能量，釋放的能量以熱能形式放出。如此循環往復，將塗膜吸收的紫外光能不斷轉化為熱能散失掉。關係式△E=hc/λ，其中h為普朗克常數，λ為紫外光的波長，△E為所釋放的熱能。

因此加入紫外吸收劑，有助於提高聚脲塗層的耐紫外光性能。一般推薦添加量為配方的0.5-2.0%。

2.2.5觸變

防沉劑劑的選擇

本產品固體份含量在90%以上，含40%的鈦白粉顏料，塗料比重大，容易沉積於底部，因此必須解決顏料的沉降問題。常用防沉劑有有機膨潤土、氣相二氧化矽、聚乙烯蠟、聚醯胺蠟等。氣相二氧化矽在此體系中分散比較困難，聚乙烯蠟、聚醯胺蠟對聚脲塗料的凝膠時間有消極影響，這裡選用有機膨潤土作為防沉劑。該助劑同時可解決塗料在立面厚塗時的流掛問題。

2.2.6顏料的選擇

顏料選擇兼顧吸油量和耐候性，低的吸油量的顏料可保證研製出高固低粘的色漆塗料，耐候性好的顏料可保證有足夠的耐久性，此配方中選擇金紅石型鈦白粉和FW200高色素炭黑。製成灰色面漆。鈦白粉添加量為40%以保證塗膜有足夠的遮蓋力。

2.2.7除水劑的選擇

聚天門冬氨酸酯樹脂的凝膠時間與許多小分子的催化有關。研究表明，含羥基的小分子化合物對NH/NCO反應有明顯催化作用，如甲醇、乙醇、乙二醇、水分等，會較大程度縮短塗料的活化期。所以，聚天門冬氨酸酯聚脲塗料中應避免混入水分和低分子醇。根據此原5理，在配方中加入除水劑或分子篩不失為一種行之有效的手段。

2.2．8防止色漆浮色發花的措施

聚脲色漆塗料和所有種類的色漆一樣，由於各種顏料的比重、粒徑大小不一，塗層成膜過程中易形成貝拉德漩渦，造成顏色不均勻。加入能降低表面張力的有機矽助劑，可以有效防止浮色或發花的現象出現。

2.2．9聚天門冬氨酸酯聚脲塗料的施工和套用

由於聚天門冬氨酸酯樹脂可做成高固低粘塗料，有效降低VOC含量，從理論上講，完全可以做出無溶劑型塗料，考慮到實際施工的需要，一般固含在90%時比較適合施工，藉助高壓無氣噴塗，一次施工可達300μm以上。

結果討論

從表2的檢測結果可以看出，聚天門冬氨酸酯聚脲塗料耐紫外線性能非常突出，4000h紫外線加速老化檢測結果，色差△E=2.9，低於工業漆領域要求的△E≤3.0的上限值；失光為15%，低於30%的上限值，該結果非常接近氟碳塗料的耐紫外線性能。如果與丙烯酸聚氨酯塗料相比較，後者一般只能通過1000h紫外線測試。

從上述常規指標檢測結果來看，該塗料的特點非常鮮明，固體份高，耐磨性好，綜合性能好，尤其克服了過去同類產品衝擊韌性不夠好的弊端。

在施工方面，該聚天門冬氨酸酯聚脲塗料突破了施工活化期短的瓶頸，活化期可達2-3h，可以像普通塗料一樣，方便地套用於包括重防腐塗料在內的許多塗裝領域；

該聚天門冬氨酸酯聚脲塗料作為耐候型防護面漆，與傳統環氧富鋅底漆（無機富鋅底漆）、雲鐵中間漆相配合，可以做出綠色環保，壽命在30年以上的長效重防腐塗料。非常適合用於鋼結構、跨海大橋、海洋工程、海上鑽井平台的防腐蝕塗層，以及用於船舶塗料、風力發電葉片塗料等。

結語：

以新型結構的聚天門冬氨酸酯作為主體樹脂研製而成的聚脲防腐蝕塗料，具有超長的耐紫外線性能，耐磨性優異，高固低粘，施工期限長等優點。與傳統防腐底漆/中間漆相結合，可做環保型長壽命重防腐塗料。