淺析聚脲涂層表面附著力

  摘要：介紹涂層附著力的原理，方法，聚脲材料在鋼筋混凝土基材上附著力性能優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析

  關(guān)鍵詞：聚脲 天冬聚脲 鋼筋混凝土 附著力

引言

  油漆涂層附著力是指油漆膜與被涂物表面之間或涂層之間相互結(jié)合，通過(guò)物理和化學(xué)作用相互粘結(jié)的能力，從實(shí)際角度來(lái)說(shuō)，附著力是指從被涂物上除掉漆膜所需的力。附著力是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，是漆膜具備一系列性能的前提。附著力好的漆膜經(jīng)久耐用，具備使用要求的性能，油漆附著力差的漆膜容易開(kāi)裂、脫落，無(wú)法使用。

涂膜的附著機(jī)理

  漆膜的附著機(jī)理有兩種：機(jī)械附著和化學(xué)附著。機(jī)械附著力取決于基材的性質(zhì)（粗糙度、多孔度）以及所形成的漆膜強(qiáng)度。化學(xué)附著力指漆膜和基材之間的分界面漆膜分子和基采分子的相互吸引力，取決于漆膜和基材的物理、化學(xué)性質(zhì)。人們?cè)诮忉屍崮じ街鴻C(jī)理時(shí)，一般認(rèn)為化學(xué)附著的說(shuō)法比較切合實(shí)際。在化學(xué)附著的內(nèi)聚力之中，包括靜電力、范德華吸引力、氫鍵的作用力和化學(xué)親合力。這些力決定了漆對(duì)基材體表面的附著性：

  A、液態(tài)成膜物質(zhì)對(duì)物體的潤(rùn)濕程度；

  B、固體表面上定向吸附層的形成；

  C、漆膜形成過(guò)程中在成膜物與固體表面的邊界上引起的雙電子層。

  因此，在研究漆膜的附著力時(shí)，確定漆膜從物體上撕掉的類(lèi)型是十分重要的，大致可分為以下三種類(lèi)型。

  A、黏附型：指漆膜完全從表面脫落。

  B、B內(nèi)聚型：漆膜裂開(kāi)或起層，附著力大于內(nèi)聚力。

  C、混合型：漆膜從表面上部分地脫落，即漆膜本身部分地裂開(kāi)，附著力接近內(nèi)聚力。

  一般認(rèn)為，漆膜的附著性取決于成膜物質(zhì)中聚合物（或分子量更低的預(yù)聚物） 的極性基團(tuán)如- O H ，或者- C O O H 與基采表面的極性基之間的相互結(jié)合，為了使這種極性基相互結(jié)合得好，就必須要求聚合物分子具有一定的流動(dòng)性，讓聚合物分子更好地濕潤(rùn)基采表面，使聚合物的極性基接近被印表面的極性基，當(dāng)兩者分子之間的距離變得非常小時(shí)（達(dá)到1 A 以?xún)?nèi)），極性基之間由于范德華力或氫鍵的作用產(chǎn)生附著平衡。

  3、涂膜附著力測(cè)定方法與標(biāo)準(zhǔn)

  漆膜與被涂面之間結(jié)合的堅(jiān)牢程度稱(chēng)為附著力。附著力是涂料的重要指針。漆膜的牢固附著是涂料實(shí)現(xiàn)對(duì)基體材料保護(hù)的重要基礎(chǔ)。因此，漆膜附著力的測(cè)定受到涂料、涂裝行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前現(xiàn)行有效的漆膜附著力測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)有3個(gè)：????

  A、GB/T1720-1979(1989)?漆膜附著力測(cè)定法

  B、GB/T?5210-1985?涂層附著力的測(cè)定法---拉開(kāi)法????

  C、GB/T?9286-1998?色漆和清漆?漆膜的劃格試驗(yàn)

  與之對(duì)應(yīng)的附著力測(cè)定儀器有:拉拔式附著力檢測(cè)儀,劃格器,管型測(cè)力計(jì)?

  GB/T5210-1985是參照采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO?4624:1978?《色漆和清漆---附著力的拉開(kāi)試驗(yàn)法》。拉開(kāi)法測(cè)定附著力是用膠粘劑將表面涂漆的專(zhuān)用試樣在定中心裝置上對(duì)接干燥后，以規(guī)定的速度(10mm/min)，在試樣的膠結(jié)面上施加垂直、均勻的拉力，以測(cè)定涂層間或涂層與底材間附著破壞時(shí)所需的力，以kg/c㎡表示。?測(cè)定附著力時(shí)在拉力試驗(yàn)機(jī)上拉開(kāi)，以產(chǎn)生附著破壞、內(nèi)聚破壞、膠結(jié)破壞為有效。試驗(yàn)結(jié)果用附著力和破壞形式組合表示。?

  該方法是定量測(cè)定附著力的方法。適于單層或復(fù)合涂層與底材間或涂層附著力的定量測(cè)定。對(duì)于研究涂層附著力、對(duì)比涂料性能有顯著的意義。

  4、涂層附著力影響因素

  影響附著力的因素很多，根據(jù)吸著學(xué)說(shuō)，附著強(qiáng)度的產(chǎn)生是由于涂膜中聚合物的極性基團(tuán)（如羧基、羥基）與被涂物表面的極性基團(tuán)結(jié)合所致。因此任何減少這種極性結(jié)合的因素均將導(dǎo)致涂層附著力的降低。

  A、就外在主觀(guān)因素而言，涂層表面的清潔度、涂層表面的平整度、涂層的厚度、底材的類(lèi)型和表面處理均會(huì)影響附著力的好壞。

  B、就外在客觀(guān)因素而言，施工因素也是影響附著力的一個(gè)原因。在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)控制施工環(huán)境、涂裝工藝、干燥程度，正確進(jìn)行施工，就能得到良好的附著力效果。

  C、就涂層材料本身而言，涂層的干燥方式和固化程度是影響附著力的一個(gè)重要原因。對(duì)于一般涂層，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下自然干燥，固化程度較好，得到的涂層附著力也較好。同時(shí)，材料反應(yīng)速度慢，基面潤(rùn)濕性效果好，相應(yīng)的涂層附著力也更好。相反，材料本身反應(yīng)速度太快，基面潤(rùn)濕性效果不佳，相應(yīng)的涂層附著力也就變差。

  5、聚脲涂料在混凝土基材上附著力的優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析

  聚脲樹(shù)脂是含有異氰酸基-NCO的單體或預(yù)聚物與含有氨基-NH2，-NHR的單體或預(yù)聚物經(jīng)加成縮合反應(yīng)得到的聚合物樹(shù)脂。聚脲材料經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前發(fā)展出了芳香族噴涂聚脲（第一代）、脂肪族噴涂聚脲（第二代）、聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲（第三代）。

  芳香族噴涂聚脲（第一代）聚脲原料的A組分是異氰酸酯，B組分是伯胺，二者反應(yīng)速度非常快，僅有3秒鐘的凝膠時(shí)間，不僅需要特殊的噴涂設(shè)備，而且由于流平時(shí)間過(guò)短，造成涂層表面出現(xiàn)桔皮、麻點(diǎn)等表面缺陷，并且對(duì)基材浸潤(rùn)性也不好，降低了附著力，從而導(dǎo)致整體材料的附著力不夠；

  第二代聚脲做出了一些變化，但仍然不能取得較好的效果；

  第三代聚脲——聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲，簡(jiǎn)稱(chēng)天冬聚脲，由改性異氰酸酯預(yù)聚體與聚天門(mén)冬氨酸酯（簡(jiǎn)稱(chēng)天冬樹(shù)脂）等多組份混合反應(yīng)而成。天冬樹(shù)脂是一種仲胺類(lèi)化合物，具有獨(dú)特的位組效應(yīng)，比普通脂肪族胺類(lèi)樹(shù)脂活性下降很多。不僅把伯胺變成了仲胺，而且體積較大的丁二酸二烷基酯還可形成空間位阻效應(yīng)，進(jìn)一步降低反應(yīng)速度，從而提高對(duì)基材的潤(rùn)濕性，提高附著力。

  聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲材料的B 組分采用HDI三聚體，A 組分采用聚天門(mén)冬氨酸酯，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。聚天門(mén)冬氨酸酯由二烷基馬來(lái)酸酯與脂肪族二胺經(jīng)過(guò)Michael 加成反應(yīng)制備，將伯胺轉(zhuǎn)變?yōu)橹侔罚档土藲湓优c異氰酸根的反應(yīng)活性，同時(shí)由于位阻效應(yīng)，反應(yīng)

  速度大大降低，如圖2 所示

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  圖1 聚天門(mén)冬氨酸酯的結(jié)構(gòu)

  

  

  

  

  

  

  

  

  圖2 Michael 加成反應(yīng)制備聚天門(mén)冬氨酸酯

  

  

  

  芳香族噴涂聚脲（第一代）、脂肪族噴涂聚脲（第二代）、聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲（第三代）相關(guān)性能對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1、圖3

  表1：涂料相關(guān)性能對(duì)比表

  

  天冬聚脲（三代）

  傳統(tǒng)聚氨酯（二代）

  噴涂聚脲（一代）

  環(huán)保性能

  環(huán)保，施工固含70%-100%

  環(huán)保性較差，施工固含30~40%

  環(huán)保性能好，施工固含100%

  反應(yīng)速度

  20min-4h固化時(shí)間可調(diào)，低溫-15℃正常固化

  反應(yīng)速度慢，固化溫度5℃以上，常溫固化時(shí)間＞24h

  固化速度極快，幾秒至十秒

  表面潤(rùn)濕性

  AB組份反應(yīng)較慢，潤(rùn)濕性好

  AB組份反應(yīng)較慢，潤(rùn)濕性好

  AB組份反應(yīng)快，潤(rùn)濕性差

  與基材附著力

  無(wú)需底涂，與碳鋼基材直接附著大于14MPa,與混凝土附著達(dá)4.5MPa

  需底涂，與碳鋼基材直接附著＜8MPa,與混凝土附著力2.5MPa

  需底涂，存在附著力低的風(fēng)險(xiǎn)

  耐候性能

  天冬聚脲QUVa最高可達(dá)4000h

  聚氨酯QUVa最高為1000h

  噴涂聚脲耐候性較差，QUVa＜200h

  膜厚

  一次性施工膜厚50μm—1mm

  一次性施工膜厚50μm—100μm

  一次性施工膜厚0.6mm-2mm

  力學(xué)性能

  剛性2H硬度，彈性400%伸長(zhǎng)率25MPa拉伸強(qiáng)度

  剛性2H硬度，彈性400%伸長(zhǎng)率3MPa拉伸強(qiáng)度

  與天冬聚脲力學(xué)性能相當(dāng)

  施工性能

  多種施工方式，擺脫專(zhuān)用設(shè)備限制

  與天冬聚脲施工方式相同

  依賴(lài)大型專(zhuān)用設(shè)備

  

  

  

  

  

  

  

  圖3 第三代聚脲在瓷磚和混凝土表面附著力

  6、結(jié)語(yǔ)

  涂層附著力的好壞直接影響涂料對(duì)基材的保護(hù)能力。附著力指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)涂層的好壞尤為重要。附著力方法的結(jié)果各自獨(dú)立，互相之間不存在換算關(guān)系，各有優(yōu)缺點(diǎn)。涂層附著力除了取決于所選涂料外，還與表面處理、施工及涂膜保養(yǎng)有很大關(guān)系。聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲（第三代）從材料本身而已，其干燥時(shí)間、固化程度、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)時(shí)間等等方面都能較好的增強(qiáng)涂層附著力，能更加長(zhǎng)久有效的保護(hù)基材，延長(zhǎng)其使用壽命，降低材料損耗，節(jié)約成本。

  

  

  

  參考文獻(xiàn)：

付紅等，混凝土表面防護(hù)涂層的結(jié)合強(qiáng)度研究王宗田，附著力測(cè)定方法及影響因素[J]，現(xiàn)代涂料與涂裝，2010年第13卷第8期黃健等，聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲涂料簡(jiǎn)介與應(yīng)用進(jìn)展，《磚瓦》，2015年03期呂　平，陳國(guó)華，黃微波．聚天冬氨酸酯聚脲的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究［Ｊ］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，２００７，２９（４）許 君，涂層附著力方法比較及影響因素探討段衍鵬等，聚天門(mén)冬氨酸酯聚脲及其涂料