抗静电隔热防腐聚天门冬氨酸酯涂料的研制
刘成楼 陈学联 毛子辰 王立华 （ 唐山市思远涂料有限公司，064000）
0 引言
聚天门冬氨酸酯涂料是近年来在聚脲工业领域出现的一种新型脂肪族、慢反应和高性能双组分涂料，被称为第三代聚脲［1］，系脂肪族异氰酸酯和聚天门冬氨酸酯反应的产物。聚天门冬氨酸酯是一种空间位阻型脂肪族仲二元胺，其在应用和性能方面与传统聚脲涂料不同，而与双组分脂肪族聚氨酯涂料相近。聚天门冬氨酸酯涂料改变了传统聚脲的凝胶时间短、附着力差、易黄变等缺点；与传统聚氨酯涂料相比，又具有固含量高、硬度和凝胶时间可调、耐腐蚀性好、附着力强、可厚涂、耐磨性优、耐黄变、对温湿度不敏感等优异性能，且不需专门的喷涂施工设备。它可广泛用于户外钢铁结构的防腐保护、需要抗静电隔热防腐的石化设施涂装、电力机车的工业涂装、风电塔筒及风叶的保护、混凝土表面装饰防护、隧道翻修等领域。
本研究选用德国拜耳公司的脂肪族HDI 三聚体、聚天门冬氨酸酯为主要成膜物，以-NCO/-NH=1.1 配漆，配用功能性颜填料和助剂，制成一种抗静电隔热防腐涂料，并对其性能进行测试。
1 实验部分
1.1 原材料
聚天门冬氨酸酯Desmophen NH1520、DesmophenNH1420、脂肪族HDI 三聚体Desmodur N3390，德国拜耳；金红石型钛白粉R-706，杜邦公司；硅铝基陶瓷空心微珠，世先英华；纳米掺锑二氧化锡（ATO），江苏河海；掺杂聚苯胺，长春应用化学所；分散剂Byk-163、流平剂Byk-320、消泡剂Byk-A530，德国毕克；防流挂剂B2O，旁捷；硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，南京曙光；醋酸丁酯（BAc）、甲氧基乙酸酯（MPA）、甲乙酮、二甲苯，市售品。
1.2 基本配方
抗静电隔热防腐聚天门冬氨酸酯涂料的基本配方见表1。
表1 基本配方
1.3 制备方法
（1） 纳米ATO 预处理：称取一定量烘干的ATO粉体，加入1.5% 硅烷偶联剂和一定量95% 乙醇中，经超声波分散40 min 后，移入带回流装置的三口瓶中搅拌4 h，于80℃下真空干燥。在聚天门冬氨酸酯中加入预处理的ATO 和分散剂，高速分散6 h，制得纳米ATO 浆料。
（2） 聚苯胺分散浆：在聚天门冬氨酸酯中加入1% 高分子分散剂，再加入5% 的聚苯胺粉末，高速分散2 h，制成浆料。
（3） 按配方称量，投入聚天门冬氨酸酯、助剂、钛白粉、ATO 浆、掺杂聚苯胺浆、溶剂等，高速分散，研磨至细度≤ 30 μm，再加入空心微珠和防流挂剂，搅拌分散均匀，制得B 组分。
（4） 将B 组分与A 组分Desmodur N3390 按一定比例混合。
1.4 性能检测
按-NCO/-NH=1.1 配漆，按照标准要求制备试板、养护，各项性能检测结果见表2。
表2 涂料性能检测结果
聚天门冬氨酸酯涂料由A 组分HDI 三聚体（结构式见图1）和聚天门冬氨酸酯（结构式见图2）组成。它是通过异氰酸酯基（-NCO）与聚天门冬氨酸酯上的氨基（-NH）反应。当NCO 指数为1.1 时，由于聚天门冬氨酸酯中的-NH 的活泼氢恰好与异氰酸酯反应，能形成内应力均匀的嵌段结构，内部分子链之间具有大量氢键效应，使涂膜具有优异的附着力、柔韧性、耐冲击性、强度和硬度。
聚天门冬氨酸酯结构式中X 为取代基，采用不同结构取代基X，可以得到不同反应速率的聚天门冬氨酸酯衍生物。本文选用NH1520 和NH1420，其取代基X 分别为：
NH1520 比NH1420 的取代基X 多了2 个侧甲基，使得NH1520 的位阻效应大于NH1420，因此前者与-NCO 的反应速率比后者慢，交联密度和柔韧性更好。在基本配方因素不变的条件下，改变NH1520 与NH1420 的质量比，其反应速率变化见表3。
由表3 可见：当NH1520 与NH1420 的质量比为2.5~2∶1 时，适用期约1 h，表干时间约3 h，较为适宜。由于NH1520 和NH1420 的相对分子质量较小，分别为291 和277，且相对分子质量分布窄、官能度分布均匀，以N3390 为固化剂、NCO 指数为1.1 时，保证了涂膜有足够的交联密度，形成的涂膜致密、柔韧、强度高、硬度大、抗冲击性好。
抗静电隔热防腐聚天门冬氨酸酯涂料的配方设计，是在满足涂膜的附着力、抗冲击性、抗拉强度、断裂伸长率、抗静电性、防腐性的条件下，尽可能地提高涂膜的光热反射率，同时兼顾热辐射的增强。因此，要求选用的颜填料对可见光和红外光的吸收要小，对太阳光的散射能力要大。颜料的散射能力取决于颜料与树脂折光指数的差值，因为合成树脂的折光指数很低，在此可忽略不计，所以折光指数越高的颜料，其散射率越大。某些颜填料的折光指数见表4。
为了增大涂料的固含量、提高涂膜的综合性能，选用硅铝基陶瓷空心微珠作填料。硅铝基陶瓷空心微珠是以硅铝为主要成分，在氮气保护下经高温熔融、强气流气化喷雾形成的轻质空心微珠，其内部呈微小的多孔性空心结构，表面由纤维空心网状结构构成坚硬外壳，是一种标准物理球形氧化硅铝陶瓷粉末材料。它的典型特征是：抗压强度大（5 000~7 00 kg/cm2）、硬度高（莫氏5~7）、光散射率强（80%~88%）、耐磨、不燃、隔热、防腐等。以其为填料制备的涂料，其涂膜在柔韧性、附着力、抗冲击性、耐磨性等方面具有明显的增效作用。这是因为超细陶瓷空心微珠粒径小、表面积大、其表面网状结构具有易吸收树脂的物理交联点和大分子链，使涂膜更致密，对荷载的分布更均匀，能够有效地分散内部和外部应力，减弱局部受到的冲击和摩擦力，减少磨损值和涂膜裂纹。在保持基本配方不变的条件下，固定颜填料用量为30%，改变钛白粉和陶瓷空心微珠的质量比，检验其对涂膜性能的影响，见表5。
由表5 可见：在颜填料总量不变的条件下，随着TiO2 质量份的增大，涂膜的光泽、阳光反射率、半球发射率相应增大；随着空心微珠质量份的增大，涂膜的硬度、拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、耐磨性相应增大；当 TiO2 与陶瓷空心微珠的质量比为2~3∶1 时，涂膜的综合性能良好。
