抗黏耐磨喷涂聚脲涂料的研制

   日期:2021-06-23     浏览:193    
核心提示:抗黏耐磨喷涂聚脲涂料的研制曹树印,李芝华,李彦博,李 珍,华斯嘉(中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室 ;中南大
抗黏耐磨喷涂聚脲涂料的研制
曹树印,李芝华,李彦博,李 珍,华斯嘉
(中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室 ;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083)

0 引言
喷涂聚脲涂料在我国经过十几年的发展,其性能和特点已被越来越多的用户熟知,应用也越来越广泛。聚脲涂料有其它涂料无法比拟的机械性能、防腐耐磨性、防水防潮性以及施工性等方面的优异性能,因此我国各大研究机构和高校都在对聚脲涂料进行更深入细致的研究,如 :通过环氧树脂改性聚脲涂料来弥补聚脲涂料对底材附着力低、耐化学介质性差的问题;以有机硅树脂改性聚脲涂料来提高聚脲涂料的耐高温性、耐环境介质性等方面的性能;以酚醛树脂改性聚脲涂料来改善聚脲涂料的撕裂强度、耐溶剂性等方面的性能等等。
我们发现目前基础设施建设过程中使用的重型运输自卸车的车厢,有的没有衬里 ;有的防腐涂层但没有抗黏涂层 ;有的使用PE(聚乙烯)板作衬里材料。这种自制车在装载煤炭、泥沙等流体材料时,流体材料特别容易黏附在车厢内,这就使得自卸车在卸货过程中要使用挖掘机对车厢内剩余的材料进行卸载。此外,这种借助于挖掘机卸货的方式容易破坏车厢表面的防锈涂层或PE板衬里材料,使车厢容易磨损腐蚀,这样,既降低了重型运输自卸车的工作效率,又缩短了其使用寿命。针对上述问题,我们采用有机硅树脂和氟碳树脂对耐磨聚脲涂料进行改性,利用氟碳树脂的不黏性和低摩擦系数,以及有机硅树脂的低表面能和低表面张力等特性来使聚脲涂料具有很好的抗黏效果,研制成重型运输自卸车车厢衬底的抗黏耐磨聚脲涂料。
 
1 实验部分
1.1 实验方法和检测方法
选用湖南湘江涂料公司的耐磨喷涂聚脲涂料,在其B组分(聚合物部分)中加入降低涂层表面张力的原材料,通过高速分散后制得新的B组分,再经过物理冷拼法和化学反应法与A组分(异氰酸酯部
分)反应,配制成抗黏耐磨聚脲涂层。采用GB/T 9780—2005《建筑涂料涂层耐沾污性试验方法》进行性能检测。
1.2 物理冷拼法
在聚脲B组分体系中分别加入4%的PTFE(聚四氟乙烯)粉、聚酰胺微粉、聚乙烯微粉、石墨粉替代色浆进行实验。实验结果表明 :聚酰胺微粉和聚乙烯微粉对聚脲涂料的增稠作用过大,产品不能流动,所以这两个产品在体系中不适用 ;PTFE粉和石墨粉加到体系中没有特别大的增稠效果,但是B组分的黏度仍有所增大(黏度从900 mPa·s增大至1 600 mPa·s),不同添加剂对聚脲体系性能的影响见表1。

由表1可见 :在B组分中加入石墨粉后,涂料体系的断裂伸长率下降较为明显,说明石墨粉的加入降低了体系的柔韧性。而PTFE粉对体系的机械性能影响不大,但是增大了B组分的黏度。为了不影响原漆的性能,考虑在B体系中加入降低涂料体系表面张力的有机硅助剂,因为这类助剂用量较小,对涂料性能不会造成较大影响。我们选用了表2中的助剂进行实验,根据原材料供应商的建议,助剂用量为0.5%,结果见表2。

由表2可见 :在聚脲体系中加入有机硅助剂后,产品的耐沾污性有所提高,以加入BYK-307助剂的效果为明显,所以确定在聚脲体系中加入BYK-307有机硅助剂的产品为小试配方。现场施工试验结果表明 :样品的抗黏性有所改善,对一般水分含量不高的煤炭和泥土都呈现出不黏性。但是喷涂该涂料产品的样车经过几次使用后,涂层表面存在不同程度磨损,其抗黏性又基本消失。这说明该聚脲涂料产品的抗黏持久性还是不够。究其原因是在涂料中加入的是不与聚脲体系反应的低表面能原材料,在涂料成膜过程中这些小分子物质大部分都迁移到涂层表面,所以涂层的抗黏性只能体现在聚脲涂层表面。
1.3 化学反应法
为了解决聚脲涂层抗黏持久性不够的问题,我们准备在聚脲涂料产品中加入参与体系反应的有机硅/氟碳树脂,使有机硅/有机氟结构能够很好地分布在聚脲涂层中,从而提高聚脲涂层的抗黏效果和
使用寿命。首先选择了一个带羟基反应基团的可常温固化氟碳树脂,将该氟碳树脂加入到聚脲B组分中,搅拌均匀后发现体系出现了凝胶现象。分析原因是由于氟碳树脂中含有羧基(—COOH)
,羧基上的氢键有较大的电离倾向,它的羟基比醇羟基更容易离解,显示弱酸性,羧酸与脂肪伯胺在常温下可以进行以下反应 :
而聚脲涂料B组分中含有很多脂肪伯胺,所以氟碳树脂在聚脲体系中不适用。为此,我们选择含反应基团的有机硅树脂和硅氟树脂进行试验,其主要成分分别为 :带反应基团的聚硅化合物(1
#)、带反应基团的聚醚硅化合物(2#)、带反应基团的聚硅氟化合物(3#)。制成涂层后,对比检测涂膜的耐沾污性,首先通过实验确定这3种原材料的佳用量,结果见表3。
表3 不同用量的3种原材料对涂膜耐沾污性的影响

由表3可见 :1#原材料用量达1.2%、2#原材料用量达1.0%、3#原材料用量达0.8%时,涂膜耐沾污性才能达到0级。将佳用量的3种原材料分别加入涂料中并制成涂膜,然后对涂膜抗黏持久性进行对比检测。检测方法是在实验室用JM-I型漆膜耐磨仪,采用1 000 g/500 r作为1个循环对涂层表面进行砂磨,反复对比检测涂层的耐沾污性,结果见表4。
表4 耐磨循环次数对涂膜耐沾污性的影响
由表4可见 :加入3#原材料(带反应基团的聚硅氟化合物)后,涂层的抗黏持久性好 ;加入2#原材料(带反应基团的聚醚硅化合物)的涂层次之 ;加入1#原材料(带反应基团的聚硅化合物)的涂层差。其原因可能是3#原材料中的有机硅结构和有机氟结构在涂膜中能起到一个很好的协同效果 ;2#原材料中含有醚键,使得2#原材料与聚脲B组分的相容性较好,能均匀地分散在体系中,从而比1#原材料呈现出更好的抗黏持久性。

2 结语
在聚脲B组分中加入0.8%的带反应基团的聚硅氟化合物进行现场施工,喷涂到重型运输自卸车车厢后,大大提高了自卸车车厢对含水的煤炭和泥土的不黏性,经过一年多的现场试验,涂层表面基本没有磨损,耐沾污性仍可达到0级。经过几次现场喷涂试验,我们对抗粘耐磨聚脲涂料的配方进行了针对性的调整,使得该涂料产品的机械性能和施工性能都达到了佳效果。
 









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