低温固化丙烯酸聚氨酯面漆的研究
李儒剑，周升，罗振寰，王宏（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲４１２００７）
摘要：分别往丙烯酸聚氨酯漆中添加不同量的１，４一丁二醇、有机锡促进剂及聚天门冬氨酸酯树脂制备出不同 配方的低温固化防腐面漆，研究了它们的低温固化性能。结果表明：在５℃的低温下，３种物质的加入都能缩短凝胶时 间，且随其用量增加凝胶时问缩短；１，４一丁二醇和有机锡对漆膜固化２４０ ｈ后的铅笔硬度仅能从７Ｂ提升至４Ｒ～３Ｂ， 而占树脂量２０％（配方量７．２８％）的聚天门冬氨酸酯可提升漆膜硬度至Ｈ；通过ＤＳＣ分析验证，聚天门冬氨酸酯改进 的面漆低温固化程度最高，是最理想的方案。 关键词：丙烯酸聚氨酯；低温固化；聚天门冬氨酸酯；硬度；面漆 中图分类号：ＴＱ６３５．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５３—４３１２（２０１３）０２—０００６—０４
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＂（促进剂）／％ 图２低温下促进剂用量对凝胶时间的影响
Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ｄｏｓａｇｅ
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操作时间缩短。不添加有机锡促进剂时，配漆１０４ ｈ后才凝胶；当 有机锡促进剂添加量增加至ｏ．０６％时，凝胶时间缩短至１０ ｈ。说
ａｃｒｙｌｉｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｉｎｉｓｈ ｐａｉｎｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ
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有机锡促进剂对漆膜低温固化性能的影响
根据表１中配方ａ制备有机锡促进剂含量不同的漆料，再分
２．２低分子二元醇漆膜低温固化性能的影响
根据表ｌ中配方ｂ制备１，４一丁二醇含量不同的漆料，再 分别与Ｎ３３９０固化剂按ｎ（一ＮＣＯ）：ｒｔ（一０Ｈ）＝１．１：１配漆 （包含１，４一丁二醇的羟基），分别采用混合溶剂将涂料的黏 度调至２５～４０ ｓ。分别测试它们在５℃、相对湿度为４０％时 的凝胶时间和干燥性能。图４为低温下１，４一丁二醇用量对
从图４和图５可以看出，随着低分子二元醇加入量的增多， 体系的凝胶时间缩短但硬度却不提高。低分子二元醇的加入， 羟基浓度增加，使得异氰酸酯与羟基靠近时反应几率变大，其 在体系中起扩链作用，所以体系可操作时间会随着其加入量的 增加而缩短。同２．１节所述一样，低分子的空间位阻效应虽然 较小，但依然存在，空间位阻效应限制了一部分一ＯＨ与一Ｎｃ０ 的接触和反应，体系中大部分１，４一丁二醇的第二个羟基未参 与反应，从而导致了低温下此漆膜的硬度一直得不到提升。
万方数据
李儒剑等：低温固化丙烯酸聚氨酯面漆的研究 凝胶时间的影响。图５是不同用量１，４一丁二醇改进漆膜在 ５℃下经过２４０ ｈ反应后的铅笔硬度。
图６低温下聚天门冬氨酸酯用量对凝胶时间的影响
Ｆｉｇ．６ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｏｌｙａｓｐａｒｔｉｃ’ｓ ｄｏｓａｇｅ
ｔＯ
ｇｅｌ ｔｉｍｅ
ａｔ
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作者简介：李儒剑（１９８３一），男，涂料研发主管，工程师，主要研究重防腐涂料、工程机械涂料和风电防腐涂料。
万方数据
李儒剑等：低温固化丙烯酸聚氨酯面漆的研究 美国Ｄｅｆｅｌｓｋｏ；ＱＨＱ—Ａ便携式铅笔划痕试验仪：天津精科材料试 验机厂；Ｑ２０ ＤＳＣ差示扫描量热仪：美国ＴＡ公司。
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１．２
ｍａｘｉｍｕｍ ｃｕｒｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ａｔ ｌｏｗ
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Ｗｏｒｄｓ：ａｃｒｙｉｃ
ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｉｎｇ；ｐｏｌｙａｓｐａｒｔｉｅ；ｈａｒｄｎｅｓｓ；ｆｉｎｉｓｈ
双组分丙烯酸聚氨酯涂料替代低档的醇酸涂料用作高档 工业防腐面漆在中国已有３０多年的历史Ｈ Ｊ，因其具有优异的 耐候、耐酸碱、耐冷热交替及耐化学品等特性，并且漆膜光滑 丰满、与聚氨酯类或环氧类底漆配套性好、可常温或高温干 燥，故广泛应用在高档家具、大型钢结构产品、铁路机械和设 施、风力发电设备及汽车工业等旧－。 双组分聚氨酯防腐面漆一般由高羟基含量（羟基质量分 数＞３％）丙烯酸树脂、助剂、填料及溶剂为Ａ组分，ＨＤＩ预聚 物为Ｂ组分组成。这种丙烯酸聚氨酯面漆的最佳施工温度为 １５～３５℃，相对湿度在８５％以下，在低于ｌＯ℃时固化非常困 难，甚至经过１５ ｄ也难达到烘干漆膜交联度的７０％。目前能 在０℃左右固化的单组分聚氨酯涂料大多数以ＭＤＩ或ＴＤＩ预 聚物为成膜物¨Ｊ，但其不耐黄变，且生产加工要求高；有人尝 试在丙烯酸树脂链上引入亚胺结构使涂料能在１０ ｃｃ以下几 小时固化且仍然有可接受的使用期”１；采用环氧树脂和ＴＤＩ 预聚物制备的聚氨酯耐油涂料可在０～５℃环境中固化，但不 能用做防腐面漆‘５ Ｊ。总之，目前人们对低湿固化的高耐候防
Ａ组分的制备
实验配方及制备工艺分别见表１和图ｌ。 表１实验基本配方
Ｔａｂｌｅ
１
Ｂａｓｉｃ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
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丑
丙烯酸树脂 分散剂 流平剂 消泡剂 二氧化钛 防沉剂 紫夕ｈ吸收齐０
光稳定剂
５２ １．５ ０．５ ０．３ ３０ ０．８ １．Ｏ
１．４
ｏ
３４．６６～５２ １．５
本文主要研究丙烯酸聚氨酯面漆的低温固化性能，重点关注 低分子二元醇、有机锡促进剂及聚天门冬氨酸酯树脂等对丙 烯酸聚氨酯面漆低温固化性能的影响。
一Ｎｃ０交联完成后，剩下的一０Ｈ和一Ｎｃ０受空间位阻影响反
２分析与讨论
２．１
应能力下降，这种现象在低温下更加明显，有机锡促进剂在低 温下活性降低，这也说明了为什么当有机锡促进剂用量达到 ０．０６％时，漆膜的硬度依然只有３Ｂ。
２．３聚天门冬氨酸酯对漆膜低温固化性能的影响
根据表１中配方ｃ制备聚天门冬氨酸酯ＮＨｌ４２０含量不 同的漆料，再分别与Ｎ３３９０固化剂按凡（一ＮｃＯ）： ／／，（一ＯＨ＋ＮＨ一）＝１．１：１配漆，分别采用混合溶剂将涂料的 黏度调至２５～４０ ｓ。分别测试它们在５℃、相对湿度为４０％ 时的凝胶时间和干燥性能。图６为低温下聚天门冬氨酯酸酯 用量对凝胶时间的影响。图７是不同用量ＮＨｌ４２０改进漆膜 在５℃下经过２４０ ｈ反应后的铅笔硬度。 从图６和图７中可以看出，反应活性较强的聚天门冬氨酸 酯ＮＨｌ４２０在低温下同样表现出良好的反应活性，可以明显改 善体系的低温固化性能，且随着其用量的增加，体系的凝胶时 间缩短，漆膜硬度有很大提升，施工后的漆膜已经可以满足包 装和堆码的要求。脂肪族仲胺树脂ＮＨｌ４２０常温下与一ＮＣ０反
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｉｎｇ ｐａｉｎｔｓ ｂｕｔａｎｅｄｉｏｌ，ｏｒｇａｎｏｔｉｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｐｏｌｙａｓｐａｒｔｉｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
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明有机锡促进剂能促进体系的一０Ｈ与一ＮＣＯ反应。
混合溶剂 有机锡促进剂
１，４一】。二醇
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１２．５ ０～Ｏ．０６ ０
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图３为有机锡促进剂用量对漆膜（５岬）硬度的影响，测
试温度为５℃。
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别与Ｎ３３９０固化剂按ｎ（一ＮＣ０）：ｎ（一０Ｈ）＝１．１：ｌ配漆旧１，采用 混合溶剂将涂料的黏度调至２５～加ｓ（涂一４。杯）的施工黏度川。 分别测试它们在５℃、相对湿度为４０％时的凝胶时间，研究低温 下有机锡促进剂用量对凝胶时间的影响，结果如图２所示。 从图２可以看出，随着有机锡促进剂用量的增加，涂料的可
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图５ １。４一丁二醇用量对漆膜硬度的影响 Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｕｔａｎｅｄｉｏｌ＇ｓ ｄｏｓａｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｉｌｍ
ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ ｆｉｌｍ
Ｆｉｇ．５
应比羟基树脂迅速得多，是因为一ＮＨ的亲核作用比一０Ｈ大得 多；５℃低温下聚天门冬氨酸树脂也能保持非常高的活性，单独 与Ｎ３３９０配漆也能在３０ ｍｉｎ内完全固化，常温则只需３—５ ｍｉｎ。为了找到聚天门冬氨酸酯的最佳用量，本研究选择了几 个不同用量的配方产品试验其低温反应特性；从图６可以看出， ＮＨｌ４２０占总配方量的７．２８％（ＮＨｌ４２０树脂与丙烯酸树脂质量 比为１：４）时，涂料有长达４．５ ｈ的可操作时间，且２４０ ｈ后漆膜 的硬度也达到了Ｈ，达到了修补和包装运输的要求，适合在冬季 施工条件差的地方使用此方案。
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｕｒｉｎｇ Ａｃｒｙｌｉｃ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｆｉｎｉｓｈ
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Ｒｕｊｉａｎ，Ｚｈｏｕ
Ｓｈｅｎｇ，Ｌｕｏ Ｚｈｅｎｈｕａｎ，Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇ
（ＺｈｕＺｈｏｕ ７１ｍｅｓ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕ Ｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ ４１２００７，Ｃｈｉｎａ）