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勢對比分析

  關鍵詞：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合，通過物理和化學作用相互粘結的能力，從實際角度來說，附著力是指從被涂物上除掉漆膜所需的力。附著力是一項重要的技術指標，是漆膜具備一系列性能的前提。附著力好的漆膜經久耐用，具備使用要求的性能，油漆附著力差的漆膜容易開裂、脫落，無法使用。

涂膜的附著機理

  漆膜的附著機理有兩種：機械附著和化學附著。機械附著力取決于基材的性質（粗糙度、多孔度）以及所形成的漆膜強度。化學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、化學性質。人們在解釋漆膜附著機理時，一般認為化學附著的說法比較切合實際。在化學附著的內聚力之中，包括靜電力、范德華吸引力、氫鍵的作用力和化學親合力。這些力決定了漆對基材體表面的附著性：

  A、液態成膜物質對物體的潤濕程度；

  B、固體表面上定向吸附層的形成；

  C、漆膜形成過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，確定漆膜從物體上撕掉的類型是十分重要的，大致可分為以下三種類型。

  A、黏附型：指漆膜完全從表面脫落。

  B、B內聚型：漆膜裂開或起層，附著力大于內聚力。

  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，附著力接近內聚力。

  一般認為，漆膜的附著性取決于成膜物質中聚合物（或分子量更低的預聚物） 的極性基團如- O H ，或者- C O O H 與基采表面的極性基之間的相互結合，為了使這種極性基相互結合得好，就必須要求聚合物分子具有一定的流動性，讓聚合物分子更好地濕潤基采表面，使聚合物的極性基接近被印表面的極性基，當兩者分子之間的距離變得非常小時（達到1 A 以內），極性基之間由于范德華力或氫鍵的作用產生附著平衡。

  3、涂膜附著力測定方法與標準

  漆膜與被涂面之間結合的堅牢程度稱為附著力。附著力是涂料的重要指針。漆膜的牢固附著是涂料實現對基體材料保護的重要基礎。因此，漆膜附著力的測定受到涂料、涂裝行業的廣泛關注。目前現行有效的漆膜附著力測定標準有3個：????

  A、GB/T1720-1979(1989)?漆膜附著力測定法

  B、GB/T?5210-1985?涂層附著力的測定法---拉開法????

  C、GB/T?9286-1998?色漆和清漆?漆膜的劃格試驗

  與之對應的附著力測定儀器有:拉拔式附著力檢測儀,劃格器,管型測力計?

  GB/T5210-1985是參照采用國際標準ISO?4624:1978?《色漆和清漆---附著力的拉開試驗法》。拉開法測定附著力是用膠粘劑將表面涂漆的專用試樣在定中心裝置上對接干燥后，以規定的速度(10mm/min)，在試樣的膠結面上施加垂直、均勻的拉力，以測定涂層間或涂層與底材間附著破壞時所需的力，以kg/c㎡表示。?測定附著力時在拉力試驗機上拉開，以產生附著破壞、內聚破壞、膠結破壞為有效。試驗結果用附著力和破壞形式組合表示。?

  該方法是定量測定附著力的方法。適于單層或復合涂層與底材間或涂層附著力的定量測定。對于研究涂層附著力、對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，根據吸著學說，附著強度的產生是由于涂膜中聚合物的極性基團（如羧基、羥基）與被涂物表面的極性基團結合所致。因此任何減少這種極性結合的因素均將導致涂層附著力的降低。

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

  B、就外在客觀因素而言，施工因素也是影響附著力的一個原因。在施工時應嚴格按照標準控制施工環境、涂裝工藝、干燥程度，正確進行施工，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重要原因。對于一般涂層，在標準環境條件下自然干燥，固化程度較好，得到的涂層附著力也較好。同時，材料反應速度慢，基面潤濕性效果好，相應的涂層附著力也更好。相反，材料本身反應速度太快，基面潤濕性效果不佳，相應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勢對比分析

  聚脲樹脂是含有異氰酸基-NCO的單體或預聚物與含有氨基-NH2，-NHR的單體或預聚物經加成縮合反應得到的聚合物樹脂。聚脲材料經過多年發展，目前發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，二者反應速度非常快，僅有3秒鐘的凝膠時間，不僅需要特殊的噴涂設備，而且由于流平時間過短，造成涂層表面出現桔皮、麻點等表面缺陷，并且對基材浸潤性也不好，降低了附著力，從而導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——聚天門冬氨酸酯聚脲，簡稱天冬聚脲，由改性異氰酸酯預聚體與聚天門冬氨酸酯（簡稱天冬樹脂）等多組份混合反應而成。天冬樹脂是一種仲胺類化合物，具有獨特的位組效應，比普通脂肪族胺類樹脂活性下降很多。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，進一步降低反應速度，從而提高對基材的潤濕性，提高附著力。

  聚天門冬氨酸酯聚脲材料的B 組分采用HDI三聚體，A 組分采用聚天門冬氨酸酯，結構如圖1 所示。聚天門冬氨酸酯由二烷基馬來酸酯與脂肪族二胺經過Michael 加成反應制備，將伯胺轉變為仲胺，降低了氫原子與異氰酸根的反應活性，同時由于位阻效應，反應

  速度大大降低，如圖2 所示

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  圖1 聚天門冬氨酸酯的結構

  

  

  

  

  

  

  

  

  圖2 Michael 加成反應制備聚天門冬氨酸酯

  

  

  

  芳香族噴涂聚脲（第一代）、脂肪族噴涂聚脲（第二代）、聚天門冬氨酸酯聚脲（第三代）相關性能對比結果見表1、圖3

  表1：涂料相關性能對比表

  

  天冬聚脲（三代）

  傳統聚氨酯（二代）

  噴涂聚脲（一代）

  環保性能

  環保，施工固含70%-100%

  環保性較差，施工固含30~40%

  環保性能好，施工固含100%

  反應速度

  20min-4h固化時間可調，低溫-15℃正常固化

  反應速度慢，固化溫度5℃以上，常溫固化時間＞24h

  固化速度極快，幾秒至十秒

  表面潤濕性

  AB組份反應較慢，潤濕性好

  AB組份反應較慢，潤濕性好

  AB組份反應快，潤濕性差

  與基材附著力

  無需底涂，與碳鋼基材直接附著大于14MPa,與混凝土附著達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，存在附著力低的風險

  耐候性能

  天冬聚脲QUVa最高可達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

  力學性能

  剛性2H硬度，彈性400%伸長率25MPa拉伸強度

  剛性2H硬度，彈性400%伸長率3MPa拉伸強度

  與天冬聚脲力學性能相當

  施工性能

  多種施工方式，擺脫專用設備限制

  與天冬聚脲施工方式相同

  依賴大型專用設備

  

  

  

  

  

  

  

  圖3 第三代聚脲在瓷磚和混凝土表面附著力

  6、結語

  涂層附著力的好壞直接影響涂料對基材的保護能力。附著力指標對于評價涂層的好壞尤為重要。附著力方法的結果各自獨立，互相之間不存在換算關系，各有優缺點。涂層附著力除了取決于所選涂料外，還與表面處理、施工及涂膜保養有很大關系。聚天門冬氨酸酯聚脲（第三代）從材料本身而已，其干燥時間、固化程度、反應機理、反應時間等等方面都能較好的增強涂層附著力，能更加長久有效的保護基材，延長其使用壽命，降低材料損耗，節約成本。

  

  

  

  參考文獻：

付紅等，混凝土表面防護涂層的結合強度研究王宗田，附著力測定方法及影響因素[J]，現代涂料與涂裝，2010年第13卷第8期黃健等，聚天門冬氨酸酯聚脲涂料簡介與應用進展，《磚瓦》，2015年03期呂　平，陳國華，黃微波．聚天冬氨酸酯聚脲的動態力學行為研究［Ｊ］．武漢理工大學學報，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，聚天門冬氨酸酯聚脲及其涂料