孟昭輝，李 妲，石 佳，劉 巍,2，葛新欣，劉建昌

(1. 天津科瑞達涂料化工有限公司 天津 300457；2. 天津工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院 天津 300387)

0 引 言

伴隨我國對環(huán)境保護的重視，對于涂料行業(yè)的產(chǎn)品涂裝也有了越來越嚴格的要求，特別是對 VOC排放有了越來越高的要求，各地方更是出臺了高于國家規(guī)定的限定。高固體涂料一直是涂料產(chǎn)品發(fā)展的一個重要方向，更是適應 VOC排放要求的產(chǎn)品。聚脲是國外發(fā)展研究的一類新材料。20世紀 90年代中期，黃微波等[1]中國科研人員引進聚脲涂料設(shè)備，開始對聚脲材料的組成進行研究。自1995年青島海洋化工研究院的李志高等[2]進行聚脲材料研究以來，聚脲研究呈蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。聚脲材料中大量存在的脲材料基對聚脲的物理性能來說很關(guān)鍵，由于其強度高且化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[3]，使得聚脲涂料具有優(yōu)異的涂膜性能。聚脲類產(chǎn)品同時具有非常高的固體含量和良好的施工性能，以及很好的研究和應用價值。

1 實驗過程

1.1 主要原料

聚脲樹脂、聚異氰酸酯、分散劑、有機黃、防塵劑、消光劑、消泡劑、流平劑、紫外光吸收劑、溶劑、吸水穩(wěn)定劑等。

1.2 生產(chǎn)工藝

1.2.1 主劑配料

將主劑中的聚脲樹脂、分散劑、消泡劑、部分溶劑在配料缸中依次加入，攪拌混合均勻，在攪拌狀態(tài)下加入有機黃、防沉劑后再整體攪拌 20～40min，攪拌均勻以后進行下一步研磨。

1.2.2 研磨

將混合均勻的漿料研磨至細度不大于20μm。

1.2.3 攪稀

即調(diào)漆過程，將研磨好的漿料加入調(diào)漆罐中，對研磨漆漿進行穩(wěn)定化處理，加入消光劑調(diào)整涂膜光澤，加入流平劑調(diào)整涂膜外觀狀態(tài)，加入紫外光吸收劑，加入溶劑調(diào)整黏度，以獲得各項指標符合需求的高固體聚脲涂料產(chǎn)品。

1.2.4 包裝

將調(diào)好的主劑過濾后封裝于20L鐵皮漆桶中。

1.2.5 硬化劑的生產(chǎn)

將聚異氰酸酯與溶劑混合并攪拌均勻，在攪拌狀態(tài)下慢慢加入吸水穩(wěn)定劑并攪拌均勻。

1.2.6 包裝

將攪拌均勻的硬化劑過濾后封裝于 4L鐵皮漆桶中。

使用時將主劑和硬化劑分別投入到輸漆系統(tǒng)，2組分經(jīng)過雙組分噴涂設(shè)備充分混合后由噴槍噴出，進行工件的噴涂施工。

2 性能參數(shù)

2.1 原漆性能測定

由表 1可以發(fā)現(xiàn)本項目研究的產(chǎn)品具有高固體含量、低 VOC排放的特點，產(chǎn)品的施工固體含量達到了 88.6%，VOC排放達到了 172g/L，排放數(shù)據(jù)遠遠低于國家對排放的限定，產(chǎn)品完全符合節(jié)能減排的要求。

表1 原漆性能參數(shù)Tab.1 Performance data of paint

2.2 漆膜性能測定

由表 2看到本項目產(chǎn)品涂裝的涂膜的各項檢測性能都達到了應用要求，在實際測試過程中高固體聚脲涂料表現(xiàn)出優(yōu)異的裝飾性，與電泳底漆、環(huán)氧底漆都有很好的配套性，配套涂層性能達到客戶要求，產(chǎn)品完全適合目前的涂裝應用。

表2 漆膜性能參數(shù)Tab.2 Performance data of film

2.3 涂膜耐介質(zhì)性能

由表 3可以看到高固體聚脲涂料涂層耐液體介質(zhì)性良好，耐候性優(yōu)異，對工件具有更好的裝飾性和長效防護性。

表3 涂膜耐介質(zhì)及耐候性能Tab.3 Medium and weather resistance of film

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 高固體聚脲涂料的工作壽命(Pot life)

高固體聚脲涂料的 Pot life相對較短，配合好的混合漆液在 6min內(nèi)用完才可以保障涂膜的性能和狀態(tài)，需用雙組分噴涂設(shè)備進行噴涂操作，可以保障產(chǎn)品的應用和足夠的操作時間。目前的雙組分噴涂設(shè)備和工藝都比較成熟，應用廣泛，適合高固體涂料的噴涂應用，特別是雙組分噴涂設(shè)備對配比精度的控制非常精準、混合器的混合效果優(yōu)異，這為雙組分涂料的基本應用提供了保證。高固體聚脲涂料的主劑和硬化劑混合后的黏度伴隨時間變化的增長情況如圖1所示。

圖1 高固體聚脲涂料的Pot lifeFig.1 Pot life of high solid polyuria coating

3.2 高固體聚脲涂料的VOC排放

一般高固體涂料的固體含量可以達到 70%以上，VOC排放小于420g/L，但隨著VOC排放限定的要求不斷嚴格，其對高固體涂料的要求也更高。本項目研究的高固體聚脲涂料中固體含量可以達到 88%以上，VOC排放小于 200g/L，是一種真正的高固體涂料，在未來若干年內(nèi)都可以符合排放限定的要求，具有很好的長期推廣價值。

3.3 高固體聚脲涂料的干燥性

普通高固體丙稀酸聚氨酯樹脂普遍干燥速度會有明顯的下降，本項研究的產(chǎn)品干燥性能優(yōu)異，80℃條件下烘烤 30min可以達到 HB的硬度，完全適合進行裝配。本項目的高固體產(chǎn)品能夠滿足生產(chǎn)要求和提高生產(chǎn)效率。

3.4 高固體聚脲涂料的耐候性

目前較為理想的紫外線吸收劑多為復配型的，特別是水楊酸酯類、苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類等，通過位阻胺與受阻胺類復配可取得比任何單獨紫外線吸收劑更為理想的效果，如表 4所示。

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

圖2對應受阻胺添加量為0，位阻胺從0到2%逐漸變化的透光率曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)透光率隨位阻胺加入量的增大而逐漸降低，且變化明顯。在位阻胺0加入量時，260nm開始就出現(xiàn)了透過率的激增，隨著位阻胺加入量逐漸增大，出現(xiàn)透過率激增的波長也在逐漸增大，并向可見光區(qū)紅移。當增至位阻胺加入量為 2%時，透過率激增的波長增至 340nm。

圖2 編號1～5組復合紫外光吸收劑透光率測試圖Fig.2 Test chart of transmittance of 1-5 groups of composite UV absorbers

圖3對應位阻胺固定加入量為 1%，受阻胺從0.5%～3%逐漸變化的透光率曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)受阻胺隨著用量逐漸增加，透光率也逐漸降低，但是變化不是特別明顯。

圖3 編號6～10組復合紫外光透光率測試圖Fig.3 Test chart of transmittance of 6-10 groups of composite UV absorbers

圖4對應受阻胺固定加入量為 2%，受阻胺從 0到 2%逐漸變化的透光率曲線。我們可以發(fā)現(xiàn)透光率隨位阻胺加入量的增大而逐漸降低，且變化非常明顯。在 0～0.5%范圍內(nèi)，在 300nm 時出現(xiàn)透過率激增；在 1～1.5%范圍內(nèi)，在 350nm 時出現(xiàn)透過率激增；到 2%加入量的情況下，透光率降低最為明顯，在波長 360nm 以下，可以基本阻擋紫外光的透過，基本能達到透過率0附近。

圖4 編號11-15組復合紫外光透光率測試圖Fig.4 Test chart of transmittance of 11-15 groups of composite UV absorbers

本項目通過紫外光穩(wěn)定劑的添加來補充高固體聚脲涂料的耐候性，使得高固體聚脲涂料具有更優(yōu)異的耐候性，人工氙燈加速老化可以達到2000h以上，對工件實現(xiàn)了真正意義上的長效防護。

4 結(jié) 語

由于性能、工藝、場地等原因，有很多涂料應用廠家更青睞于高固體涂料。高固體聚脲涂料由于涂膜的優(yōu)異性能，具有很好的經(jīng)濟和社會價值。隨著國家對排放限制越來越嚴格，高固體聚脲涂料的應用空間和未來市場前景將更趨廣闊。