防腐蝕型水性聚氨酯涂料的研究
節選自《功能型水性聚氨酯建筑涂料的研究現狀和最新進展》
許凱翔 楊建軍 *
( 安徽大學化學化工學院 安徽省綠色高分子材料重點實驗室 合肥 2306
中圖分類號: TQ 63 文獻標識碼: A
文章編號: 1005 －1902( 2016) 02 －0001 －0401)
介紹了防腐蝕型水性聚氨酯涂料的研究，包括環氧樹脂改性、有機硅改性和納米改性水性聚氨酯防腐蝕涂料。
2 防腐蝕型水性聚氨酯涂料
鋼材等金屬在建筑行業大量應用，但易在空氣 發生銹蝕，采用外用涂料涂層防止金屬銹蝕是最有 效的方法 ［9］ 。這是由于水性聚氨酯分子中含有親水基 團，因此防腐蝕性能欠佳?？梢酝ㄟ^環氧樹脂、丙烯 酸酯、有機硅等功能性有機物對水性聚氨酯進行復合改 性或者納米改性來提高水性聚氨酯的防腐蝕性能 ［6］ 。
2. 1 環氧樹脂改性水性聚氨酯防腐蝕涂料
金志明 ［10］ 利用環氧樹脂改性 WPU，反應分兩 步進行，第一步由環氧樹脂、IPDI 和聚丙二醇進行 反應，第二步加入 DMPA、1，4-丁二醇( BDO) 和催化 劑反應制成環氧樹脂改性 WPU。結果表明，當環氧 樹脂 E-06、E-12、E-20 和 E-44 質量分數分別在 2%、 2%、6% 和 8% 以下時，才能合成乳化性能較優的水性聚氨酯乳液。由 E-20 和 E-44 共混改性 WPU，當 E- 20 質量分數為 2%、E-44 質量分數為 4% 時，合成的 復合環氧樹脂改性水性聚氨酯乳液在黏度、吸水率和硬 度等方面都要優于單一類型環氧樹脂改性的 WPU; 電化學分析表明，當 DMPA 質量分數為 5% 時，環氧 改性 后水性聚氨酯的 極 化 電 阻 為 由 改 性 前 的 50. 0 kΩ·cm 2 提高到 57. 3 kΩ·cm 2 ，防腐蝕性能提高。
2. 2 丙烯酸樹脂復合改性水性聚氨酯防腐蝕涂料
丙烯酸樹脂具有良好的耐候性。用丙烯酸樹脂 對水性聚氨酯進 行 改 性 可 以 使 兩 者 的 優 點 有 機 地 結合 ［9］ 。
吳校彬等 ［11］ 通過原位聚合制備了 WPU-環氧樹 脂-丙烯酸復合乳液。結果表明，當 Ｒ 為 1. 2 ～1. 5、 三甲氧芐氨嘧啶質量分數為 2% ～3%、E-20 質量分 數為 4% ～6%、DMPA 質量分數為 6% ～ 9%、甲基 丙烯酸甲酯質量分數為20% ～30%時，乳液貯存期 超過 10 個月，凍融循環大于 5 次，涂膜擺桿硬度大 于 0. 7，拉伸強度大于10 MPa，耐水性、耐酸堿性、耐 溶劑性和防腐性能較未改性的水性聚氨酯涂料有明顯改 善。Xu 等 ［12］ 采用 IPDI、DMPA、聚醚多元醇、甲基丙 烯酸羥乙酯、丙烯酸丁酯( BA) 和苯乙烯( St) 制備了 水性聚氨酯-丙烯酸酯樹脂( WPUA) ，當 BA/St 的質 量比為 30/70 時，復合涂膜具有優良的耐水和耐 堿性。
2. 3 有機硅改性水性聚氨酯防腐蝕涂料
有機硅兼具有機化合物和無機化合物的雙重特性，可賦予改性水性聚氨酯涂膜優良的耐水、耐油污和耐高低溫等綜合性能。
Pathak 等 ［13］ 利用溶膠-凝膠技術，用甲基三甲 氧基硅烷( MTMS) 和 γ-( 2，3-環氧丙氧基) 丙基三甲 氧基硅烷( GPTMS) 對水性聚氨酯進行改性，制備了有機 硅聚氨酯水性涂料。結果表明，有機硅的加入增強 了水性聚氨酯涂料耐腐蝕性、彈性和機械應力，涂膜的熱 降解溫度增加到約206 ℃，熱穩定性得到較大提高。
2. 4 納米改性水性聚氨酯防腐蝕涂料
納米改性則是近年來興起的一個研究熱點，可以增強水性聚氨酯建筑涂料光學、熱學和力學等方面性能。納米材料具有獨特的表面效應、體積效應、量子效應和界面效應等，將納米粒子用于改性聚氨酯防腐蝕涂料方面可產生良好的效果［14］ 。
Honarkar 等 ［15］ 發現將油酸表面改性的氧化鋅 ( OA-ZnO) 加入水性聚氨酯中可以增強低碳鋼的抗腐蝕 性。這是因為加入油酸，使納米 ZnO 發生表面改 性，從而增加了納米 ZnO 的分散性，進而使水性聚氨酯涂 料的抗腐蝕性能加強。與未改性的納米 ZnO 相比， 加入質量分數 0. 3%OA-ZnO 的水性聚氨酯抗腐蝕性明顯 提高，且疏水性和抗菌性能也有所提高。Akbarian 等 ［16］ 發現水性聚氨酯中加入納米銀可以提高其抗腐蝕能 力。他們在低碳鋼上分別涂覆加入納米銀的水性聚氨酯涂料和不含納米銀的水性聚氨酯涂料，將涂覆后的低碳 鋼放在 NaCl 溶液中，使用電化學阻抗譜( EIS) 對其 進行分析。EIS 顯示，未加入納米銀的水性聚氨酯涂料降 解了，而加有納米銀的水性聚氨酯涂料無顯著變化，這表 明納米銀不僅可以提高水性聚氨酯的抗菌性，而且也可 以提高水性聚氨酯的抗腐蝕性。