聚脲

  浅析聚脲涂层表面附着力

  摘要：介绍涂层附着力的原理，方法，聚脲材料在钢筋混凝土基材上附着力性能优势对比分析

  关键词：聚脲 天冬聚脲 钢筋混凝土 附着力

引言

  油漆涂层附着力是指油漆膜与被涂物表面之间或涂层之间相互结合，通过物理和化学作用相互粘结的能力，从实际角度来说，附着力是指从被涂物上除掉漆膜所需的力。附着力是一项重要的技术指标，是漆膜具备一系列性能的前提。附着力好的漆膜经久耐用，具备使用要求的性能，油漆附着力差的漆膜容易开裂、脱落，无法使用。

涂膜的附着机理

  漆膜的附着机理有两种：机械附着和化学附着。机械附着力取决于基材的性质（粗糙度、多孔度）以及所形成的漆膜强度。化学附着力指漆膜和基材之间的分界面漆膜分子和基采分子的相互吸引力，取决于漆膜和基材的物理、化学性质。人们在解释漆膜附着机理时，一般认为化学附着的说法比较切合实际。在化学附着的内聚力之中，包括静电力、范德华吸引力、氢键的作用力和化学亲合力。这些力决定了漆对基材体表面的附着性：

  A、液态成膜物质对物体的润湿程度；

  B、固体表面上定向吸附层的形成；

  C、漆膜形成过程中在成膜物与固体表面的边界上引起的双电子层。

  因此，在研究漆膜的附着力时，确定漆膜从物体上撕掉的类型是十分重要的，大致可分为以下三种类型。

  A、黏附型：指漆膜完全从表面脱落。

  B、B内聚型：漆膜裂开或起层，附着力大于内聚力。

  C、混合型：漆膜从表面上部分地脱落，即漆膜本身部分地裂开，附着力接近内聚力。

  一般认为，漆膜的附着性取决于成膜物质中聚合物（或分子量更低的预聚物） 的极性基团如- O H ，或者- C O O H 与基采表面的极性基之间的相互结合，为了使这种极性基相互结合得好，就必须要求聚合物分子具有一定的流动性，让聚合物分子更好地湿润基采表面，使聚合物的极性基接近被印表面的极性基，当两者分子之间的距离变得非常小时（达到1 A 以内），极性基之间由于范德华力或氢键的作用产生附着平衡。

  3、涂膜附着力测定方法与标准

  漆膜与被涂面之间结合的坚牢程度称为附着力。附着力是涂料的重要指针。漆膜的牢固附着是涂料实现对基体材料保护的重要基础。因此，漆膜附着力的测定受到涂料、涂装行业的广泛关注。目前现行有效的漆膜附着力测定标准有3个：    

  A、GB/T1720-1979(1989) 漆膜附着力测定法

  B、GB/T 5210-1985 涂层附着力的测定法---拉开法    

  C、GB/T 9286-1998 色漆和清漆 漆膜的划格试验

  与之对应的附着力测定仪器有:拉拔式附着力检测仪,划格器,管型测力计 

  GB/T5210-1985是参照采用国际标准ISO 4624:1978 《色漆和清漆---附着力的拉开试验法》。拉开法测定附着力是用胶粘剂将表面涂漆的专用试样在定中心装置上对接干燥后，以规定的速度(10mm/min)，在试样的胶结面上施加垂直、均匀的拉力，以测定涂层间或涂层与底材间附着破坏时所需的力，以kg/c㎡表示。 测定附着力时在拉力试验机上拉开，以产生附着破坏、内聚破坏、胶结破坏为有效。试验结果用附着力和破坏形式组合表示。 

  该方法是定量测定附着力的方法。适于单层或复合涂层与底材间或涂层附着力的定量测定。对于研究涂层附着力、对比涂料性能有显着的意义。

  4、涂层附着力影响因素

  影响附着力的因素很多，根据吸着学说，附着强度的产生是由于涂膜中聚合物的极性基团（如羧基、羟基）与被涂物表面的极性基团结合所致。因此任何减少这种极性结合的因素均将导致涂层附着力的降低。

  A、就外在主观因素而言，涂层表面的清洁度、涂层表面的平整度、涂层的厚度、底材的类型和表面处理均会影响附着力的好坏。

  B、就外在客观因素而言，施工因素也是影响附着力的一个原因。在施工时应严格按照标准控制施工环境、涂装工艺、干燥程度，正确进行施工，就能得到良好的附着力效果。

  C、就涂层材料本身而言，涂层的干燥方式和固化程度是影响附着力的一个重要原因。对于一般涂层，在标准环境条件下自然干燥，固化程度较好，得到的涂层附着力也较好。同时，材料反应速度慢，基面润湿性效果好，相应的涂层附着力也更好。相反，材料本身反应速度太快，基面润湿性效果不佳，相应的涂层附着力也就变差。

  5、聚脲涂料在混凝土基材上附着力的优势对比分析

  聚脲树脂是含有异氰酸基-NCO的单体或预聚物与含有氨基-NH2，-NHR的单体或预聚物经加成缩合反应得到的聚合物树脂。聚脲材料经过多年发展，目前发展出了芳香族喷涂聚脲（第一代）、脂肪族喷涂聚脲（第二代）、聚天门冬氨酸酯聚脲（第三代）。

  芳香族喷涂聚脲（第一代）聚脲原料的A组分是异氰酸酯，B组分是伯胺，二者反应速度非常快，仅有3秒钟的凝胶时间，不仅需要特殊的喷涂设备，而且由于流平时间过短，造成涂层表面出现桔皮、麻点等表面缺陷，并且对基材浸润性也不好，降低了附着力，从而导致整体材料的附着力不够；

  第二代聚脲做出了一些变化，但仍然不能取得较好的效果；

  第三代聚脲——聚天门冬氨酸酯聚脲，简称天冬聚脲，由改性异氰酸酯预聚体与聚天门冬氨酸酯（简称天冬树脂）等多组份混合反应而成。天冬树脂是一种仲胺类化合物，具有独特的位组效应，比普通脂肪族胺类树脂活性下降很多。不仅把伯胺变成了仲胺，而且体积较大的丁二酸二烷基酯还可形成空间位阻效应，进一步降低反应速度，从而提高对基材的润湿性，提高附着力。

  聚天门冬氨酸酯聚脲材料的B 组分采用HDI三聚体，A 组分采用聚天门冬氨酸酯，结构如图1 所示。聚天门冬氨酸酯由二烷基马来酸酯与脂肪族二胺经过Michael 加成反应制备，将伯胺转变为仲胺，降低了氢原子与异氰酸根的反应活性，同时由于位阻效应，反应

  速度大大降低，如图2 所示

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  图1 聚天门冬氨酸酯的结构

  

  

  

  

  

  

  

  

  图2 Michael 加成反应制备聚天门冬氨酸酯

  

  

  

  芳香族喷涂聚脲（第一代）、脂肪族喷涂聚脲（第二代）、聚天门冬氨酸酯聚脲（第三代）相关性能对比结果见表1、图3

  表1：涂料相关性能对比表

  

  天冬聚脲（三代）

  传统聚氨酯（二代）

  喷涂聚脲（一代）

  环保性能

  环保，施工固含70%-100%

  环保性较差，施工固含30~40%

  环保性能好，施工固含100%

  反应速度

  20min-4h固化时间可调，低温-15℃正常固化

  反应速度慢，固化温度5℃以上，常温固化时间＞24h

  固化速度极快，几秒至十秒

  表面润湿性

  AB组份反应较慢，润湿性好

  AB组份反应较慢，润湿性好

  AB组份反应快，润湿性差

  与基材附着力

  无需底涂，与碳钢基材直接附着大于14MPa,与混凝土附着达4.5MPa

  需底涂，与碳钢基材直接附着＜8MPa,与混凝土附着力2.5MPa

  需底涂，存在附着力低的风险

  耐候性能

  天冬聚脲QUVa最高可达4000h

  聚氨酯QUVa最高为1000h

  喷涂聚脲耐候性较差，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

  力学性能

  刚性2H硬度，弹性400%伸长率25MPa拉伸强度

  刚性2H硬度，弹性400%伸长率3MPa拉伸强度

  与天冬聚脲力学性能相当

  施工性能

  多种施工方式，摆脱专用设备限制

  与天冬聚脲施工方式相同

  依赖大型专用设备

  

  

  

  

  

  

  

  图3 第三代聚脲在瓷砖和混凝土表面附着力

  6、结语

  涂层附着力的好坏直接影响涂料对基材的保护能力。附着力指标对于评价涂层的好坏尤为重要。附着力方法的结果各自独立，互相之间不存在换算关系，各有优缺点。涂层附着力除了取决于所选涂料外，还与表面处理、施工及涂膜保养有很大关系。聚天门冬氨酸酯聚脲（第三代）从材料本身而已，其干燥时间、固化程度、反应机理、反应时间等等方面都能较好的增强涂层附着力，能更加长久有效的保护基材，延长其使用寿命，降低材料损耗，节约成本。

  

  

  

  参考文献：

付红等，混凝土表面防护涂层的结合强度研究王宗田，附着力测定方法及影响因素[J]，现代涂料与涂装，2010年第13卷第8期黄健等，聚天门冬氨酸酯聚脲涂料简介与应用进展，《砖瓦》，2015年03期吕　平，陈国华，黄微波．聚天冬氨酸酯聚脲的动态力学行为研究［Ｊ］．武汉理工大学学报，２００７，２９（４）许 君，涂层附着力方法比较及影响因素探讨段衍鹏等，聚天门冬氨酸酯聚脲及其涂料