高固体聚脲涂料的应用研究

孟昭辉，李 妲，石 佳，刘 巍,2，葛新欣，刘建昌

(1. 天津科瑞达涂料化工有限公司 天津 300457；2. 天津工业大学环境科学与工程学院 天津 300387)

0 引 言

伴随我国对环境保护的重视，对于涂料行业的产品涂装也有了越来越严格的要求，特别是对 VOC排放有了越来越高的要求，各地方更是出台了高于国家规定的限定。高固体涂料一直是涂料产品发展的一个重要方向，更是适应 VOC排放要求的产品。聚脲是国外发展研究的一类新材料。20世纪 90年代中期，黄微波等[1]中国科研人员引进聚脲涂料设备，开始对聚脲材料的组成进行研究。自1995年青岛海洋化工研究院的李志高等[2]进行聚脲材料研究以来，聚脲研究呈蓬勃发展的态势。聚脲材料中大量存在的脲材料基对聚脲的物理性能来说很关键，由于其强度高且化学结构稳定[3]，使得聚脲涂料具有优异的涂膜性能。聚脲类产品同时具有非常高的固体含量和良好的施工性能，以及很好的研究和应用价值。

1 实验过程

1.1 主要原料

聚脲树脂、聚异氰酸酯、分散剂、有机黄、防尘剂、消光剂、消泡剂、流平剂、紫外光吸收剂、溶剂、吸水稳定剂等。

1.2 生产工艺

1.2.1 主剂配料

将主剂中的聚脲树脂、分散剂、消泡剂、部分溶剂在配料缸中依次加入，搅拌混合均匀，在搅拌状态下加入有机黄、防沉剂后再整体搅拌 20～40min，搅拌均匀以后进行下一步研磨。

1.2.2 研磨

将混合均匀的浆料研磨至细度不大于20μm。

1.2.3 搅稀

即调漆过程，将研磨好的浆料加入调漆罐中，对研磨漆浆进行稳定化处理，加入消光剂调整涂膜光泽，加入流平剂调整涂膜外观状态，加入紫外光吸收剂，加入溶剂调整黏度，以获得各项指标符合需求的高固体聚脲涂料产品。

1.2.4 包装

将调好的主剂过滤后封装于20L铁皮漆桶中。

1.2.5 硬化剂的生产

将聚异氰酸酯与溶剂混合并搅拌均匀，在搅拌状态下慢慢加入吸水稳定剂并搅拌均匀。

1.2.6 包装

将搅拌均匀的硬化剂过滤后封装于 4L铁皮漆桶中。

使用时将主剂和硬化剂分别投入到输漆系统，2组分经过双组分喷涂设备充分混合后由喷枪喷出，进行工件的喷涂施工。

2 性能参数

2.1 原漆性能测定

由表 1可以发现本项目研究的产品具有高固体含量、低 VOC排放的特点，产品的施工固体含量达到了 88.6%，VOC排放达到了 172g/L，排放数据远远低于国家对排放的限定，产品完全符合节能减排的要求。

表1 原漆性能参数Tab.1 Performance data of paint

2.2 漆膜性能测定

由表 2看到本项目产品涂装的涂膜的各项检测性能都达到了应用要求，在实际测试过程中高固体聚脲涂料表现出优异的装饰性，与电泳底漆、环氧底漆都有很好的配套性，配套涂层性能达到客户要求，产品完全适合目前的涂装应用。

表2 漆膜性能参数Tab.2 Performance data of film

2.3 涂膜耐介质性能

由表 3可以看到高固体聚脲涂料涂层耐液体介质性良好，耐候性优异，对工件具有更好的装饰性和长效防护性。

表3 涂膜耐介质及耐候性能Tab.3 Medium and weather resistance of film

3 实验结果与讨论

3.1 高固体聚脲涂料的工作寿命(Pot life)

高固体聚脲涂料的 Pot life相对较短，配合好的混合漆液在 6min内用完才可以保障涂膜的性能和状态，需用双组分喷涂设备进行喷涂操作，可以保障产品的应用和足够的操作时间。目前的双组分喷涂设备和工艺都比较成熟，应用广泛，适合高固体涂料的喷涂应用，特别是双组分喷涂设备对配比精度的控制非常精准、混合器的混合效果优异，这为双组分涂料的基本应用提供了保证。高固体聚脲涂料的主剂和硬化剂混合后的黏度伴随时间变化的增长情况如图1所示。

图1 高固体聚脲涂料的Pot lifeFig.1 Pot life of high solid polyuria coating

3.2 高固体聚脲涂料的VOC排放

一般高固体涂料的固体含量可以达到 70%以上，VOC排放小于420g/L，但随着VOC排放限定的要求不断严格，其对高固体涂料的要求也更高。本项目研究的高固体聚脲涂料中固体含量可以达到 88%以上，VOC排放小于 200g/L，是一种真正的高固体涂料，在未来若干年内都可以符合排放限定的要求，具有很好的长期推广价值。

3.3 高固体聚脲涂料的干燥性

普通高固体丙稀酸聚氨酯树脂普遍干燥速度会有明显的下降，本项研究的产品干燥性能优异，80℃条件下烘烤 30min可以达到 HB的硬度，完全适合进行装配。本项目的高固体产品能够满足生产要求和提高生产效率。

3.4 高固体聚脲涂料的耐候性

目前较为理想的紫外线吸收剂多为复配型的，特别是水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等，通过位阻胺与受阻胺类复配可取得比任何单独紫外线吸收剂更为理想的效果，如表 4所示。

表4 紫外光吸收剂的添加量Tab.4 Addition amount of UV absorber

图2对应受阻胺添加量为0，位阻胺从0到2%逐渐变化的透光率曲线。我们可以发现透光率随位阻胺加入量的增大而逐渐降低，且变化明显。在位阻胺0加入量时，260nm开始就出现了透过率的激增，随着位阻胺加入量逐渐增大，出现透过率激增的波长也在逐渐增大，并向可见光区红移。当增至位阻胺加入量为 2%时，透过率激增的波长增至 340nm。

图2 编号1～5组复合紫外光吸收剂透光率测试图Fig.2 Test chart of transmittance of 1-5 groups of composite UV absorbers

图3对应位阻胺固定加入量为 1%，受阻胺从0.5%～3%逐渐变化的透光率曲线。我们可以发现受阻胺随着用量逐渐增加，透光率也逐渐降低，但是变化不是特别明显。

图3 编号6～10组复合紫外光透光率测试图Fig.3 Test chart of transmittance of 6-10 groups of composite UV absorbers

图4对应受阻胺固定加入量为 2%，受阻胺从 0到 2%逐渐变化的透光率曲线。我们可以发现透光率随位阻胺加入量的增大而逐渐降低，且变化非常明显。在 0～0.5%范围内，在 300nm 时出现透过率激增；在 1～1.5%范围内，在 350nm 时出现透过率激增；到 2%加入量的情况下，透光率降低最为明显，在波长 360nm 以下，可以基本阻挡紫外光的透过，基本能达到透过率0附近。

图4 编号11-15组复合紫外光透光率测试图Fig.4 Test chart of transmittance of 11-15 groups of composite UV absorbers

本项目通过紫外光稳定剂的添加来补充高固体聚脲涂料的耐候性，使得高固体聚脲涂料具有更优异的耐候性，人工氙灯加速老化可以达到2000h以上，对工件实现了真正意义上的长效防护。

4 结 语

由于性能、工艺、场地等原因，有很多涂料应用厂家更青睐于高固体涂料。高固体聚脲涂料由于涂膜的优异性能，具有很好的经济和社会价值。随着国家对排放限制越来越严格，高固体聚脲涂料的应用空间和未来市场前景将更趋广阔。