具有良好可複塗性聚氨酯塗料的研究
陳凱鋒^1,2，張東亞^1,2，孫祖信     
(1.中國船舶重工集團公司第七二五研究所廈門分部，福建廈門361002；2.海洋腐蝕與防護國家科技重點實驗室，福建廈門361002) 
      摘要：本文詳細介紹了725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料的原理、重塗性、基本性能及其對底材的附著力，指出該塗料是一種具有良好重塗性的脂肪族聚氨酯塗料。
      關鍵字：塗料；脂肪族聚氨酯；重塗性
    1·概述
    聚氨酯塗料通常要在塗膜未完全幹透之前即接塗第二道漆，使兩層之間密合良好，否則若底層固化時間太長，漆膜太硬，兩層之間容易剝落脫皮。對固化已久的漆膜表面必須用砂紙打毛後才能罩第二道漆。如漆膜局部破壞需修補，可將該局部周圍打毛後覆塗。可複塗聚氨酯塗料是業界為了克服脂肪族丙烯酸聚氨酯塗料的重塗問題而開發的新一代脂肪族丙烯酸聚氨酯塗料。在上世紀末，世界各主要船舶塗料廠商先後推出了可複塗聚氨酯面漆(如IP的Interthan990、jotun的FutraAS等)，用於船殼及上層建築部位，較好在解決了高耐候性面漆的重塗性問題。隨著市場需求的擴展，近年來國內個別大型油漆骨幹企業通過引進技術或購買樹脂原料等也開發了類似的可複塗聚氨酯面漆(如廈門雙瑞的725-BS43-91、開林廠的S43-31、蘭陵的BS52-12等)用於船殼及上層建築部位。經過努力，我們以帶側鏈的羥基丙烯酸樹脂與六亞甲基二異氰酸酯預聚物化學固化成膜，添加有效助劑等制得的725-BS43-91可複塗聚氨酯面漆，不僅具有優良的耐候性、可常溫乾燥，並且具有良好的可重塗性、優良的底漆適應性。
      2·基本原理
      通過分子設計使塗料的羥基丙烯酸組分與HDI組分固化成膜後，在塗層表面上仍保留部份活性羥基成分，且該成分不因使用年限的增長而消失，當需要重塗時該羥基與新塗裝的面漆中的羥基組分共同與HDI固化成膜，成膜後的塗層又保留了相當成分的活性羥基，如此繼續達到了不需物理處理的重塗性的目標。
      雙組分聚氨酯塗料的製造技術之一是確定恰當的NCO/OH比例。Bishop研究發現，雙組分聚氨酯在反應時，有部分的NCO與空氣中的水分發生反應成了脲。因此一般雙組分聚氨酯塗料的NCO/OH比例大多採用略高於1的數值，例如1.05~1.10。但是可複塗聚氨酯塗料為了保證留有足夠的活性羥基組分，因此設計NCO/OH比例時，取1:1較為合適。為保證固化後的漆膜形成足夠的交聯密度，保證性能，在組合中又引入一種羥基的多支鏈的改性樹脂，使固化成膜反應從二元加成聚合變成三元加成聚合，進一步提高了固化交聯密度，提高了漆膜豐滿度、韌性、硬度等機械性能和外觀裝飾性。
      3·性能測試與討論
      3.1重塗性
    可複塗聚氨酯塗料的關鍵性能在於其重塗性能不受最長塗裝間隔時間的限制，我們通過附著力測試分別考察經過熱加速固化、大氣曝曬、紫外老化後的漆膜(僅進行表面清潔處理)的重塗性能。測試結果如表1所示：
                       
                                                      表1 可複塗聚氨酯塗料的重塗性測試結果

可複塗聚氨酯塗料在進行拉開法附著力測試時，破壞部位多為重塗的漆膜破壞，我們認為可複塗聚氨酯塗料在常溫下七天內其甲乙組分的NCO與OH尚未完全交聯，漆膜本身的強度沒有達到最大值。同時也可以說明，可複塗聚氨酯塗料在經過80±2℃，200h熱加速固化、一年大氣曝曬、1000h紫外老化後，漆膜強度沒有降低。
      3.2基本性能
      725-BS43-91可複塗聚氨酯基本性能如表2所示。
                                                   
 
                                                                           表2 可複塗聚氨酯塗料基本性能

      從表面2的性能可以看出，725-BS43-91可複塗料聚氨酯塗料雖然NCO/OH的比例低於常規雙組分聚氨酯塗料，兼顧了可複塗性能，但是其各項基本性能並沒受到影響。
      3.3對底材適應性
      725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料固化後的確良漆膜中存在著大量的活性羥基組分，這些活性羥基都具有較強的極性，它應該對底材有良好的附著力的適應性。為考察該項性能，我們在經過一年曝曬試驗的常規脂肪丙烯酸聚氨酯面漆試板、經過一個月耐陰極剝離試驗並在室內放置一年的環氧防銹底漆試板，用二甲苯對舊漆膜表面進行清潔處理後塗裝一道725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料，然後進行附著力測試。測試結果表3所示：
                                        
                                                                                         表3 底村適應性檢測結果
      表3結果表明，725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料最長重塗間隔不受時間的限制、重塗性良好：聚氨酯漆膜表面上具有優異的附著力。

   4·應用試驗
為進一步檢驗可複塗聚氨酯塗料的綜合性能，並為今後的大量推廣應用作準備，先後在福建東南船廠修船分廠建造的兩艘軍用躉船、湛江港股份有限公司205泊位鋼筋混凝土棧橋防腐工程、湛江港鐵礦砂碼頭輸送帶棧橋防腐工程、明達玻璃大型儲罐防腐工程等進行實際使用考核，取得了滿意的結果。現以軍用躉船的使用實踐為例，簡述於後：
      1)設計要求
    兩艘躉船為軍用躉船，平時承擔軍需物資過渡，戰時要求能承載戰車坦克等大型武器戰備運輸和過渡，設計使用期限六年，由我所提供防腐整體設計，塗料供應，施工監理等。兩艘船的形體尺寸見表4：

                                                                 
                                                                                         表4 躉船形體尺寸
2)配套塗層設計塗裝方案分別見表5、表6：
                                           
                                                                        表5 船舷及拉杆部位（塗裝面積約1000m2)

                                         
                                                                                        表6 船體甲板部位塗裝面積

      3)鋼板表面處理情況鋼板原塗裝環氧富鋅底漆30∼60μm，局部破損處經手工除鏽達到St2-St3級，塗裝725-AC1-6底漆，其餘部位進行打磨處理後塗裝725-AC1-6底漆。
      4)施工情況
      通常在上午7：30－11：00，下午4：00－7：00施工
      A)環境溫度28∼33℃
      相對濕度<80%
      風速<2級
      B)採用高壓無氣噴塗施工，進氣壓力5∼6Kg/cm2
      C)塗裝間隔，除下雨等不能施工外，通常間隔24小時噴塗一道油漆，高壓泵壓縮比45/1
      D)施工後725-H06-03，725-BS43-91和725-BS42-28漆膜外觀平整，未發現針孔、結皮等弊病，正常膜厚無浮色等。
      5·結論
      725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料最長重塗間隔不受時間的限制、重塗性良好。
      725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料在實現可複塗性的同時保持了優良的耐化學品性、耐腐蝕性、耐候性等綜合性能：
      725-BS43-91可複塗聚氨酯塗料對底材的附著力良好。該產品可應用于艦船、海洋工程的船殼、上層建築及海洋大氣區的大型結構物等部位，其優良性能達到了當前國內外同類產品的先進水準。
      參考文獻:
      [1]虞兆年.塗料工藝(上冊).北京：化學工業出版社，2002,747-774.
      [2]孫祖信，張東亞，陳凱鋒.船舶用可複塗聚氨酯塗料研究[J].中國國防科技報告，2006,1.
      [3]許莉莉.可複塗脂肪族聚氨酯面漆的研究與應用[J].腐蝕與防護，2001,(1):15-17.