具有良好修补性的聚氨酯面漆的研制

薛玉华，阮润琦，步明升，王　黎，汪　威，刘　志，郭年华

(海洋化工研究院有限公司，海洋涂料国家重点实验室，山东青岛 266071)



具有良好修补性的聚氨酯面漆的研制

薛玉华，阮润琦，步明升，王黎，汪威，刘志，郭年华

(海洋化工研究院有限公司，海洋涂料国家重点实验室，山东青岛 266071)

摘要：采用羟基丙烯酸树脂与聚酯树脂合理复配并科学选择固化剂、助剂及施工工艺，所研制的脂肪族聚氨酯面漆具有以下特点：固含量更高，可达70%以上；漆膜韧性更好，50cm反冲没有任何的裂纹；漆膜不管在常温还是在加热条件下都具有可修补性，与底涂层结合良好，完全可以胜任客户的需要。

关键词：聚氨酯，面漆，可修补性，层间结合，研制

聚氨酯面漆由于具有良好的装饰性、耐化学品性、良好的耐候性和防腐蚀性，现在已成功应用于家具、车辆、轮船、飞机等领域，成为涂料装饰领域研究的热点[1-8]。聚氨酯面漆施工一般采用人工空气喷涂，由于现场施工条件的复杂性，例如：空气中灰尘过多、通风不良、工人搬运没有保护等，不可避免的会造成漆表面落上灰尘或者磕碰损伤等，这样就需要重新的修补。一般修补，为了不影响表面美观，表面需经全部打磨处理，来增加表面粗糙度，提高层间附着力。但对于复杂结构件，有时很难全部打磨处理，这样聚氨酯面漆在修补过程中总会出现没打磨处附着不良的问题，造成修补困难，影响施工进度。

针对这些问题，我们成功开发了一种具有良好修补性的脂肪族聚氨酯面漆，表面即使没有经过打磨处理，附着结合很好。现在已成功应用，得到客户的一致好评。

1实验部分

1.1　原材料

树脂：丙烯酸树脂，聚酯树脂(进口)；固化剂：六亚甲基二异氰酸酯(HDI)缩二脲及三聚体(进口)；颜料：金红石型钛白粉，酞菁蓝，炭黑，有机红(全部进口)；填料：超细滑石粉及超细硫酸钡(国产)，消光粉(进口)；助剂(BYK、BASF等)、溶剂(国产)等。环氧底漆，罩光清漆，自研。

1.2　面漆的制备

按既定配方依次加入树脂及部分稀料与助剂搅拌均匀，再依次加入钛白粉、酞菁蓝、炭黑、有机红、滑石粉等颜填料，充分搅拌分散至无块状物，大约30min，然后进行研磨分散，直到色浆分散到细度15以下为止，备用。于调漆缸中再加入剩余的助剂等，调整颜色、光泽及固含量等，取样进行出厂一致性检测，成品合格后进行过滤包装。涂料的基本配方见表1。

表1　涂料基本配方

2结果与讨论

2.1　树脂的选择

从表2可知，丙烯酸树脂干燥性能较好，溶剂释放较快，再次复涂时溶剂与底涂层溶涨时间缩短，分子链相互扩散、贯穿的机会减小，涂膜的层间结合不好。同时，由于基团反应过快，下涂层残留的活性基团也减少，交联密度过高，不利于复涂层间氢键及化学键的形成，也制约了分子链的相互扩散能力，层间附着力变差。聚酯树脂韧性较好，反应较慢，有利于分子链之间的相互缠绕以及化学键的形成，层间附着力较好。因此，将聚酯树脂与羟基丙烯酸酯树脂配合使用，可以得到干燥性能与机械性能俱佳的涂层，层间附着力较好，有利于涂层的修补，且涂料的固体分较高，可有效降低涂料的VOC，满足对环境的严苛要求。

表2　树脂对涂料的性能影响

2.2　固化剂的选择

固化剂对漆膜的性能有至关重要的影响(见表3)。现在应用较多的是具有突出耐候性的脂肪族或脂环族这一类的异氰酸酯化合物，如六亚甲基二异氰酸酯(HDI)缩二脲(Desmodur N75等)、HDI三聚体(Desmodur N3375、N3390等)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体等。HDI缩二脲柔韧性好些，HDI三聚体具有更好的干燥速度、涂膜硬度以及耐候性。一般高光聚氨酯产品，颜基比相对低些，表面硬度较低，为了更好提高其交联密度及耐化学品性、耐水性，选择HDI三聚体较多，而对具有高颜基比的半光/无光聚氨酯产品，表面硬度本身较高，为了提高其柔韧性，选择HDI缩二脲尤佳，可分别满足其性能的要求。

表3　固化剂对涂料的性能影响

2.3　助剂的选择

助剂虽然在涂料体系中用量不大，但对涂料的性能起很重要的作用，一般助剂价格比较贵，也说明了其重要性(表4)。涂料中一般要加的助剂包括润湿分散剂、流平剂、消泡剂、抗流挂剂、防老化剂以及催干剂等，其用量加入很少，从0.01%～5%不等，取决于涂料的各种性能要求[9-10]。其中，对配套性影响比较大的助剂主要有流平剂与消泡剂，此两种助剂有机硅类居多，虽然可以起到良好的表面效果，但可显著降低涂层表面张力，影响漆膜的复涂，降低其配套性。

选择合适的流平剂可以获得平整光滑，无缩孔、凹陷和桔纹等表面缺陷的涂膜。可用作流平剂的种类有很多，一般分为以下几种：高沸点溶剂、有机硅化合物及其改性类、有机氟化合物、聚丙烯酸酯共聚物、醋酸丁酸纤维素(CAB)等。通过实验发现，往往单一的流平剂很难达到理想的效果。高沸点溶剂、有机硅化合物及有机氟化合物主要起短波流平，而聚丙烯酸酯共聚物、醋酸丁酸纤维素(CAB)一般用在长波流平。有机硅化合物、有机氟化合物通过可控制的不相容来降低涂料体系的表面张力，影响漆膜的复涂，降低层间附着力，而醋酸丁酸纤维素(CAB)与树脂体系的相容性有限，也同样会影响层间结合。经过试验研究：对层间附着力影响程度从大到小依次为：有机硅氧烷类、有机氟类>有机硅或者有机氟改性的丙烯酸酯类>醋酸丁酸纤维素(CAB)>丙烯酸酯类>高沸点溶剂。选择聚丙烯酸酯流平剂和微量的有机硅或有机氟流平剂复配使用，起到短波与长波流平协同增效作用，达到较好的流平效果，且对复涂后的涂膜层间附着力影响小。

表4　不同种类的助剂选择

消泡剂的选择与流平剂的选择差不多，既要注重要有良好消泡能力，又要不影响涂膜层间附着力。经过试验：同样选择既有流平能力又有消泡能力的聚丙烯酸酯和改性的有机硅助剂搭配使用。

2.4　聚氨酯面漆的可修补性

在常温条件下，随着涂装时间的延长，底涂层中反应基团逐渐反应交联，漆膜变得致密光滑，影响层间附着，这是很普通的现象。所研制的面漆3天后层间附着才微弱降低(见表5)，这对面漆的修补提供了足够的时间。在加热条件下，随着温度及加热时间的增加，也会对层间附着有所影响(见表6)，这是正常现象，因为随着温度的升高及时间的延长，面漆中反应基团反应迅速，导致交联密度

迅速增大，与复涂面漆可交联的基团减少，底涂层空隙度减少，影响了分子链的渗透作用，导致层间附着降低。但对修补而言，一般60℃ 1 h或者80℃ 0.5h条件下，面漆表面已干燥，甚至可以打磨，完全可以胜任修补，对层间结合没有任何影响[11-14]。

表5　常温修补时间间隔对层间附着力的影响

表6　不同温度修补时间间隔对层间附着力的影响

3结论

通过对树脂、固化剂、助剂及施工工艺等研究，所研制出的脂肪族聚氨酯涂料，不但固含量高，可达70%以上，机械性能也同样出色，且具有良好的可修补性，与底层涂层间结合良好。

参考文献

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[2] 郑会廉，廉陈平，周丽莉. 航空器蒙皮用涂料：中国，CN1891770[P].2007-1-10.

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[10] 李相权.提高聚氨酯亮光白色面漆立面流平性的研究[J].上海涂料，2014(11)：53-56.

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[12] 陈方，郑耀臣，宋永东.丙烯酸聚氨酯清漆的层间附着力[J].涂料工业，2004，34(7)：47-49.

[13] 周罕.聚氨酯木器面漆层间附着问题的探讨[J].涂料工业，2009，39(9)：61-65.

[14] 周荣华，沈球旺，刘忠，等.影响聚氨酯面漆层间附着力的因素分析[C]∥第3届塑料涂料及涂装技术研讨会论文集. 2009.

Development of Polyurethane Topcoat with Good Repair

XUE Yu-hua，RUAN Run-qi，BU Ming-sheng，WANG Li，

WANG Wei，LIU Zhi，GUO Nian-hua

(Marine Chemicals Research Institute，State Key Laboratory of

Marine Coatings，Qingdao 266071，Shandong，China)

Abstract：Aliphatic polyurethane topcoat，which is reasonably compounded with hydroxyl acrylic resin and polyester resin and scientific selection of curing agents，auxiliaries and construction technology，has the following characteristics：solid content is higher and can reach more than 70%；film is better toughness and 50cm recoil is without any crack；film either room temperature or heating condition has good repair with the bottom coating，which can be competent for customers.

Key words：polyurethane，topcoat，repair，interlayer，development

中图分类号：TQ/613.3