防腐蚀型水性聚氨酯涂料的研究
节选自《功能型水性聚氨酯建筑涂料的研究现状和最新进展》
许凯翔 杨建军 *
( 安徽大学化学化工学院 安徽省绿色高分子材料重点实验室 合肥 2306
中图分类号: TQ 63 文献标识码: A
文章编号: 1005 －1902( 2016) 02 －0001 －0401)
介绍了防腐蚀型水性聚氨酯涂料的研究，包括环氧树脂改性、有机硅改性和纳米改性水性聚氨酯防腐蚀涂料。
2 防腐蚀型水性聚氨酯涂料
钢材等金属在建筑行业大量应用，但易在空气 发生锈蚀，采用外用涂料涂层防止金属锈蚀是最有 效的方法 ［9］ 。这是由于水性聚氨酯分子中含有亲水基 团，因此防腐蚀性能欠佳。可以通过环氧树脂、丙烯 酸酯、有机硅等功能性有机物对水性聚氨酯进行复合改 性或者纳米改性来提高水性聚氨酯的防腐蚀性能 ［6］ 。
2. 1 环氧树脂改性水性聚氨酯防腐蚀涂料
金志明 ［10］ 利用环氧树脂改性 WPU，反应分两 步进行，第一步由环氧树脂、IPDI 和聚丙二醇进行 反应，第二步加入 DMPA、1，4-丁二醇( BDO) 和催化 剂反应制成环氧树脂改性 WPU。结果表明，当环氧 树脂 E-06、E-12、E-20 和 E-44 质量分数分别在 2%、 2%、6% 和 8% 以下时，才能合成乳化性能较优的水性聚氨酯乳液。由 E-20 和 E-44 共混改性 WPU，当 E- 20 质量分数为 2%、E-44 质量分数为 4% 时，合成的 复合环氧树脂改性水性聚氨酯乳液在黏度、吸水率和硬 度等方面都要优于单一类型环氧树脂改性的 WPU; 电化学分析表明，当 DMPA 质量分数为 5% 时，环氧 改性 后水性聚氨酯的 极 化 电 阻 为 由 改 性 前 的 50. 0 kΩ·cm 2 提高到 57. 3 kΩ·cm 2 ，防腐蚀性能提高。
2. 2 丙烯酸树脂复合改性水性聚氨酯防腐蚀涂料
丙烯酸树脂具有良好的耐候性。用丙烯酸树脂 对水性聚氨酯进 行 改 性 可 以 使 两 者 的 优 点 有 机 地 结合 ［9］ 。
吴校彬等 ［11］ 通过原位聚合制备了 WPU-环氧树 脂-丙烯酸复合乳液。结果表明，当 Ｒ 为 1. 2 ～1. 5、 三甲氧苄氨嘧啶质量分数为 2% ～3%、E-20 质量分 数为 4% ～6%、DMPA 质量分数为 6% ～ 9%、甲基 丙烯酸甲酯质量分数为20% ～30%时，乳液贮存期 超过 10 个月，冻融循环大于 5 次，涂膜摆杆硬度大 于 0. 7，拉伸强度大于10 MPa，耐水性、耐酸碱性、耐 溶剂性和防腐性能较未改性的水性聚氨酯涂料有明显改 善。Xu 等 ［12］ 采用 IPDI、DMPA、聚醚多元醇、甲基丙 烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯( BA) 和苯乙烯( St) 制备了 水性聚氨酯-丙烯酸酯树脂( WPUA) ，当 BA/St 的质 量比为 30/70 时，复合涂膜具有优良的耐水和耐 碱性。
2. 3 有机硅改性水性聚氨酯防腐蚀涂料
有机硅兼具有机化合物和无机化合物的双重特性，可赋予改性水性聚氨酯涂膜优良的耐水、耐油污和耐高低温等综合性能。
Pathak 等 ［13］ 利用溶胶-凝胶技术，用甲基三甲 氧基硅烷( MTMS) 和 γ-( 2，3-环氧丙氧基) 丙基三甲 氧基硅烷( GPTMS) 对水性聚氨酯进行改性，制备了有机 硅聚氨酯水性涂料。结果表明，有机硅的加入增强 了水性聚氨酯涂料耐腐蚀性、弹性和机械应力，涂膜的热 降解温度增加到约206 ℃，热稳定性得到较大提高。
2. 4 纳米改性水性聚氨酯防腐蚀涂料
纳米改性则是近年来兴起的一个研究热点，可以增强水性聚氨酯建筑涂料光学、热学和力学等方面性能。纳米材料具有独特的表面效应、体积效应、量子效应和界面效应等，将纳米粒子用于改性聚氨酯防腐蚀涂料方面可产生良好的效果［14］ 。
Honarkar 等 ［15］ 发现将油酸表面改性的氧化锌 ( OA-ZnO) 加入水性聚氨酯中可以增强低碳钢的抗腐蚀 性。这是因为加入油酸，使纳米 ZnO 发生表面改 性，从而增加了纳米 ZnO 的分散性，进而使水性聚氨酯涂 料的抗腐蚀性能加强。与未改性的纳米 ZnO 相比， 加入质量分数 0. 3%OA-ZnO 的水性聚氨酯抗腐蚀性明显 提高，且疏水性和抗菌性能也有所提高。Akbarian 等 ［16］ 发现水性聚氨酯中加入纳米银可以提高其抗腐蚀能 力。他们在低碳钢上分别涂覆加入纳米银的水性聚氨酯涂料和不含纳米银的水性聚氨酯涂料，将涂覆后的低碳 钢放在 NaCl 溶液中，使用电化学阻抗谱( EIS) 对其 进行分析。EIS 显示，未加入纳米银的水性聚氨酯涂料降 解了，而加有纳米银的水性聚氨酯涂料无显著变化，这表 明纳米银不仅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蚀性。