王元有,周龙生,徐嘉琪,周国强
（1. 扬州工业职业技术学院,江苏 扬州225127
2. 黄山联固新材料科技有限公司上海水赢科技服务分公司,上海 201604）
摘要：将自售羟丙分散体与市售羟丙分散体做对比性实验研究，对比了在相同制备条件下 2KPU 涂层的基本物理性能以及耐水、耐酸碱、适用期、无泡膜厚等其他化学性能的差异。研究了在 150℃高温烘烤 2h 后，两种分散体制备的 2KPU 涂层耐黄变性能等，为羟丙分散体在轨交大巴应用领域当中提供了重要的数据支撑。
关键词：羟丙分散体；2KPU 涂层；耐黄变性能；轨交大巴
0、引言
随着人们环保意识的不断加强，“碳中和”以及“碳排放”等成为了社会发展的主流，所谓“碳中 和”也好，“碳排放”也好，最终的目的均是为了减少含碳化合物的排放。对于涂料行业来说，为了有效地减少含碳化合物的排放，我们推出了采用水性树脂替代溶剂型树脂的方案，这样一来有效地减少了含碳有机物的排放，但是水性树脂当中仍然存在着一定程度的溶剂。随着“碳排放”要求的进一步提高，对于水性树脂进一步减少含碳化合物的排放，人们又合成出了生物基树脂，生物基树脂即可发生生物降解的树脂，但是对于众多要求较高的行业来说，生物基树脂显然不能满足对于涂层装饰和保护的效果，因此，对于当下水性树脂来说，减少含碳化合物的排放仍然是目前解决“碳排放”最直接以及最有效的效果。
1、实验
1. 1实验原料
主要的实验原料规格以及产地具体见表 1。
1. 2 双组分聚氨酯涂料的配制
双组分聚氨酯涂料的配制，具体配制的参考配方见表 2 所示，主要是根据主体树脂外加水性异氰酸酯固化剂复配后使用。根据各分散体的固含和羟基含量，按照 n(-NCO) ∶ n(-OH)= 1. 4 ∶ 1的比例添加固化剂，混合搅拌均匀后，加水稀释至喷涂粘度，喷涂至马口铁板上，闪干 10-15min， 50℃烘烤 20min，然后在 80℃烘烤 2h 强制干燥，涂膜干膜厚度为( 50 ± 2) μm，烘烤结束后，放置0. 5h 后，进行物理性能以及耐化性能的测试。
1. 3 漆膜性能测试
1. 3. 1 固含的测定根据
GB1725-79 涂料固体含量测定的方法(160℃ / 30min)。
1. 3. 2 黏度的测定
25℃ 室温下，4 号转子 60r/ min，旋转粘度计测定。
1. 3. 3 耐水性测定
40℃ 水温下，进行耐水性测试，观察漆膜的变化。
1. 3. 4 附着力测定
根据 GB / T1720-1979 漆膜附着力测定方法进行测定。
1. 3. 5 硬度测定
根据 GB / T6739-2006 铅笔法测定漆膜硬度的方法进行测定。
1. 3. 6 耐冲击测定
根据 GB / T1732-1993 漆膜耐冲击的方法进行测定。
1. 3. 7 光泽
用光泽仪对漆膜光泽进行测定。
1. 3. 8 外观
按照 GB / T1722-1992 目测法测试涂膜外观。
1. 3. 9 耐酸碱测定
n10%的硫酸以及 10%的氢氧化钠溶液，观测漆膜变化。
1. 4. 0 耐黄变测试
150℃ 条件下 2h，观察漆膜黄变情况。
2、结果与讨论
2. 1 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层的基础性能对比评估
将自售的羟丙分散体与市售羟丙分散体制备的涂层做机械性能的对比测试，具体的对比结果见表 3 所示。
通过表 3 可知，自售羟丙分散体与市售羟丙在分散体再采用科思创 2655 固化剂复配后 ，涂层的基本物理性能差异不大，两者均具有较好的基础物理性能，两者在基础物理性能方面均能一定程度地满足轨交大巴应用领域，但自售羟丙分散体在硬度、光泽、施工性、表干速度等基本方面较市售羟丙分散体有着更好的表现。
2. 2 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层适用期对比评估
适用期就是双组分涂料可使用时间，它是衡量 2KPU 涂料重要指标之一。适用期的长短直接影响着下游涂装线的施工，适用期过短，涂料很快胶化，不利于现场施工，因此在满足涂层性能的前提下，适用期需尽可能的越长越好。适用期的判定主要根据黏度翻倍、光泽以及附着力等综合方面进行整体的考量。当黏度明显上涨 1 倍后，我们也可以认为适用期结束，但是更多的人认为黏度翻倍后，继续稀释，附着力以及光泽如未发生明显变化，适用期未结束，当光泽、附着力下降后，适用期结束。
不同时间段 2KPU 涂料黏度、涂层 60°光泽以及附着力数据具体见表 4 所示。
从表 4 中可以看出，自售羟丙分散体与市售羟丙分散体的活化期相近，两者无论是黏度活化期还是性能下降活化期，两者都为 4h，较为接近。
到 5h 后两者制备的涂料均出现了黏度翻倍、光泽及附着力下降的情况，但是自售羟丙分散体较市售羟丙分散体黏度翻倍以及光泽适用期方面有一定的优势，这主要是由于自售羟丙分散体采用特殊空间位阻效应，另外也引入了反应活性较低羟基基团的缘故。综上可以得出结论，自售羟丙分散体与市售羟丙分散体活化期相当，但自售羟丙分散体略有优势。
2. 3 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层自干硬度梯度对比评估
将自售羟丙分散体以及市售羟丙分散体，按照上述给出的配方搭配 2655 固化剂配漆制板，在恒温恒湿相同的条件下，自干 7 天，管擦具体涂层硬度上升的情况，具体情况见表 5 所示。
从表 5 中，我们可以看出，自售羟丙分散体的最终硬度较市售羟丙分散体的硬度高。从第一天 开始，自售羟丙分散体以及市售羟丙分散体两者的初期硬度相当，但是随着从第二天开始，两者分散体的自干硬度变化较为明显，随着时间不断地推移，直至到第 7 天，自售羟丙分散体的硬度为H-，而市售羟丙分散体的硬度为 HB，即自售羟丙分散体较市售羟丙分散体涂层在硬度建立过程中要快，最终的硬度也较高。这一现象的原因主要在于，自售羟丙分散体的羟基含量较市售羟丙分散体高，最终的交联密度也高，但这并不是最直接的原因，最直接的原因在于自售羟丙分散体的T值远远高于市售羟丙分散体。
2. 4 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层耐水性能对比评估
对于涂层的耐水性能测试，我们主要分为常温耐水以及 40℃ 耐水性能的测试，两者均为涂层在人工强制干燥后的耐水性测试。
2. 4. 1 常温耐水测试
自售羟丙分散体与市售羟丙分散体常温耐水性能测试见表 6 和图 1 所示。
从图 1 和表 6 中我们可以得知，自售羟丙分散体的常温耐水性要远远地优于市售羟丙分散体，自售羟丙分散体常温耐水 25d，而市售羟丙分散体则为 10d。通过前面两者在硬度建立方面的差异，我们也不难得出，自售羟丙分散体在交联密度方面较市售羟丙分散体高，其常温耐水也较市 售羟丙分散体高。自售羟丙分散体的常温耐水较市售羟丙分散体高不仅仅在于其交联密度，另外还由于自售羟丙分散体最终的漆膜表面具有较高的疏水性和较低的表面能，其耐水效果较市售羟丙分散体更加的明显。正是由于上述的原因导致了自售羟丙分散体在常温耐水方面可以达到 25天不起泡的效果。
2. 4. 2 40℃耐水测试
自售羟丙分散体与市售羟丙分散体 40℃耐水性能测试见表 7 和图 2 所示。
从图 2 以及表 7 中我们可以发现，自售羟丙分散体在 40℃耐水方面也远远优于市售羟丙分散体，这一结果 2. 4. 1 中的结果相吻合。无论是在常温耐水方面还是 40℃ 耐水方面，自售羟丙分散体均比市售羟丙分散体性能更优。涂层的致密性以及更低的表面能是获得较好耐水性能的关键。
2. 5 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层耐酸性能对比评估
一般行业的漆膜涂层均为 5%的耐酸性能测试，而对于轨交大巴领域，其要求更为苛刻，其涂层需经过 10%耐酸性能的测试。将两种分散体制备的涂层完全干燥后放入 10%的硫酸溶液当中做耐酸性能的测试，观察 48h 后涂层外观的变化，具体测试结果见表 8 和图 3 所示。
从图 3 以及表 8 中我们可以发现，两种分散体在耐酸方面均具有较好的性能，两者在 72h 均 无明显变化。两者在耐酸性能方面较市面上绝大多数的分散体均具有较为优异的表现。
2. 6 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂 层耐碱性能对比评估
一般行业的漆膜涂层均为 5%的耐碱性能测试，而对于轨交大巴领域，其要求更为苛刻，其涂层需经过 10%耐碱性能的测试。将两种分散体制备的涂层完全干燥后放入 10%的氢氧化钠溶液当中做耐碱性能的测试，观察 48h 后涂层外观的变化，具体测试结果见表 9 和图 4 所示。
从图 4 以及表 9 中我们可以发现，两种分散体在耐酸方面均具有较好的性能，两者在 48h 均无明显变化，在 72h 后，两者均出现了轻微失光的现象，但市售羟丙分散体失光程度较自售羟丙分散体略好。这一现象主要由于，虽然两者当中均引入了耐碱性能较好地叔碳酸基团，但是由于两者种地叔碳酸基团分布以及含量存在着一定地差异，这就导致了两者在耐碱方面存在这一定程度地差异。
2. 7 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层耐黄变性能对比评估
耐黄变性能测试即将两者分散体制备的涂层 在 150℃烘箱当中，放置 2h，观察涂层表面黄变情 况，这一性能评估是轨交行业重要的测试性能之一。本文将刚配制的两种分散体涂料以及 50℃ 热储 14 天后两种分散体涂料分别做了耐黄变性能 的测试，两种自售羟丙分散体与市售羟丙分散体在高温黄变性能方面测试结果见图 5 所示。
通过图 5 我们可以得知，无论是刚配制的自售分散体 2KPU 涂料还是 50℃ 热储 14 天后的2KPU 涂料，在耐黄变性能方面较市售分散体均有着较为明显的优势，自售分散体涂层在 150℃ 烘烤2h 后，涂层基本无明显变化,而市售分散体涂层黄变明显。通过对市售分散体 MSDS 的细节中我 们发现，市售分散体采用三乙醇胺作为中和剂，而 三乙醇胺沸点较高，在涂层种很难挥发，另外三乙醇胺在高温下极其容易发生氧化黄变，这一现象就导致了市售分散体在耐黄变性能方面较自售分散体差。
2. 8 自售羟丙分散体与市售羟丙分散体制备涂层热储存后光泽变化情况
将市售分散体以及自售分散体制漆后，放置50℃热储 14 天后，观察热储后，两者光泽的变化情况，具体见图 6 和图 7 所示。
从图 6 和图 7 中可以看出，无论是市售羟丙分散体还是自售羟丙分散体，其 2KPU 涂料热储存稳定性均较好，两者在热储存 14 天以后，光泽 稳定，无明显变化，可以成熟地应用到轨交大巴以及高装饰性应用领域当中。
3、结论
本文将自售羟丙分散体与市售羟丙分散体按照轨交大巴应用领域要求，对其基本物理性能以及耐化性能做了对比评估。通过对比测试，我们可以得出，无论是自售羟丙分散体还是市售羟丙分散体均具有较好的物理化学性能，其性能均能符合轨交大巴应用领域的要求。自售羟丙分散体在硬度、表干时间、耐黄变性能以及溶剂含量等方面较市售羟丙分散体存在着明显的优势。两者在“碳排放”方面均有着较好的表现。通过对两者分散体的研究，不仅为轨交大巴领域国产化提供了强有力的数据支持，也为具有高装饰性、高性能要求的涂料应用领域提供了较大的推动作用。
本文转自《化学研究与应用》2023年 第35卷 第3期
(0)
