砂磨机对水性热反射船壳涂料的影响

 摘要：研制了一种水性太阳热反射型船壳涂料，考察了不同的基料、相同的隔热颜填料和颜基比对涂层耐介质性能的影响。采用光反射率表征了涂料对可见光、红外光的反射性能。结果表明，以水性聚氨酯树脂为成膜基料，以钛白粉、云母粉、空心陶瓷微珠为隔热功能颜填料，再加上水及助剂等，制备出的涂层与同样体系的溶剂型热反射船壳漆对可见光和近红外光的反射率基本相同。

    关键词：水性涂料；热反射；船壳漆

    1引言

    热反射涂料对于降低船体的表面温度，改善船上的工作环境具有重要意义，同时，应用热反射隔热涂料还可以显著降低舰船表面的升温速率，能经受太阳光的曝晒、风雨盐雾和大气的侵蚀，对整个船体的钢结构系统具有重要的保护作用[1-2]。国内市场上的热反射涂料基本为溶剂型，虽然溶剂型热反射涂料对太阳能的热反射率较高，隔热效果最好，但随着人们环保意识的增强，迫切需要发展无污染、同时具有良好热反射效果的水性涂料。本文主要研究探讨不同树脂、不同介质种类对水性热反射涂层性能的影响。

    2试验部分

    2.1基本配方

    水性热反射船壳涂料的基本配方见表1。

表1 水性热反射船壳涂料配方

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    2.2制备工艺

    将各原料按配方量加入到砂磨机中，高速搅拌1h后，再研磨2h，当细度达到要求后过滤、包装。

    2.3检测方法

    涂料的黏度、细度、固体含量、遮盖力、流平性、流挂性和涂膜的厚度、附着力（划圈法）、柔韧性、冲击强度、耐蒸馏水、耐盐水、耐油水混合物、耐紫外光老化分别按相应的国家标准进行检测。热反射性能用JFB-1便携式反射率测定仪进行测定。

    3结果与讨论

    3.1涂膜的力学性能

    不同水性树脂热反射涂料的力学性能见表2。

表2 不同水性树脂热反射涂料的力学性能

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    表2中PUA801是普通水性聚氨酯树脂，PUA802是有机氟改性水性聚氨酯树脂，PUA803是有机硅改性水性聚氨酯树脂。在相同的试验条件下，801的附着力较好，802和803的附着力较801差一些，802的抗冲击性能较强，与有机氟改性聚氨酯树脂后其整个分子链的柔韧性增强有关，水性聚氨酯树脂涂膜的柔韧性很好。通过控制分子链段中软硬段的比例可以调节涂膜的柔韧性，从而调整水性聚氨酯涂膜的硬度为B~3H。
3.2涂膜的耐水性能

    不同水性树脂涂料的耐蒸馏水性能见表3。

表3 不同水性树脂涂料的耐蒸馏水性能

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    从表3可以看出，PUA801、802、803的耐蒸馏水性能很差，PUA903和PUD的耐蒸馏水性能较好，可以基本上满足水性热反射涂料对耐蒸馏水性能的要求。PUA801、802、803耐蒸馏水性能较差的原因可能是涂料中的部分水分还未从涂层中挥发到空气中，或者被多孔性基材吸收就突然加热干燥，不易形成连续性的涂层。由于大多数水性聚氨酯涂料是以含亲水性的聚氨酯为主要固体成分，且有时还含水溶性高分子增稠剂，涂膜干燥后若未形成一定程度的交联，则耐水性不佳[4-5]。PUA903和PUD耐蒸馏水较好的原因可能是交联度较高，涂膜致密抗蒸馏水性能较好。

    3.3涂膜耐海水性能

    不同水性树脂涂料的耐海水性能见表4。

表4 不同水性树脂涂料的耐海水性能

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    从表4可以看出，水性聚氨酯PUD涂膜的耐海水性能明显优于耐蒸馏水性能，30d后也不出现气泡。原因可能是涂膜本身就是一种渗透性介质，海水中的离子浓度与涂膜中的离子浓度基本相当，不会发生渗析与反渗析，因而涂膜的耐海水性能较耐蒸馏水性能好；双组分聚氨酯PUA903涂膜比单组分聚氨酯PUA801、802、803涂膜的耐海水性好，双组分聚氨酯PUA903是通过硅烷偶联剂来提高涂膜自身的交联度，从而提高了水性聚氨酯涂膜的耐海水性能。这也是提高水性涂膜耐介质性能的方法之一。

    3.4涂膜耐油水混合物性能

    不同水性树脂涂料耐油水混合物性能见表5。

表5 不同水性树脂涂料的耐油水混合物性能

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    水性聚氨酯PUA903和PUD涂膜48h内耐油水混合物的性能是比较优秀的，但是30d后PUD涂膜的耐油水性能下降，用硅烷偶联剂固化的双组分PUA903完好，这说明水性聚氨酯涂膜短时间内可以经受住油水混合物的腐蚀。如果要长时间经受油水混合物的腐蚀，研究发现在涂料中加入dowcoring84，wetlink78和silok412等内交联剂可以提高涂膜的耐油水混合物的能力。因而提高水性聚氨酯涂膜耐油水混合物性能的途径，可以通过提高树脂本身的交联度，以及外加提高交联度的助剂，这2种方法都是可行的。
3.5涂膜耐酸性能

    不同水性树脂涂膜耐盐酸性能见表6。

表6 不同水性树脂涂膜耐盐酸（10%）性能

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    水性聚氨酯涂膜的耐盐酸（10%）性能，双组分PUA903和PUD涂膜48h内完好，双组分PUA903涂膜30d后仍完好。发现在水性聚氨酯涂料中加入含有铁盐或锌盐的助剂是可以提高涂膜的耐酸性能的，其中可能的原因：涂膜中的铁盐和锌盐助剂中游离的金属离子和氢阳离子，在液体状态下与氯阴离子形成电极，对涂膜具有一定的保护作用，一定程度上可提高水性涂膜的耐酸性能。

    3.6漆膜耐老化性能

    不同水性树脂涂料的耐QUV老化500h后的照片见图1。

图1 耐QUV老化500h照片

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    从图1可以看出，PUA801和803经过QUV老化试验后，涂膜有部分爆裂，同时爆裂部分边缘泛锈，PUA802整体涂膜完整，但也变色。说明氟改性的水性聚氨酯树脂较丙烯酸改性和有机硅改性的树脂的涂膜耐QUV老化性能优秀。

3.7热反射率讨论

    以相同颜基比、同样颜填料类型、仅树脂不同制备的溶剂型海灰热反射涂料和水性海灰热反射涂料进行热反射率对比，反射率曲线见图2和图3。

图2 溶剂型海灰热反射涂料反射率曲线

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图3 水性海灰热反射涂料反射率曲线

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    对比图2和图3可知，在390~780nm的可见光区和760~1500nm的近红外反射区，水性热反射船壳漆的反射率与溶剂型的相差无几，也就是在同样条件下，水性热反射涂料对可见光和近红外的反射效果可以与溶剂型的相当，在1500~2500nm的远红外区可以比较明显地看出水性热反射船壳漆略劣于溶剂型。因而也印证了基料种类的差异对涂层反射红外线性能的影响较小[6-7]。

    4结语

    ⑴水性热反射船壳漆的性能与水性聚氨酯树脂的结构和性能有着十分密切的联系，水分散型聚氨酯的耐介质性能要优于丙烯酸改性水性聚氨酯的性能,双组分水性聚氨酯的性能要优于自干型单组分聚氨酯。

    ⑵水性热反射涂料的热反射性能与溶剂型热反射涂料的性能在反射率方面基本相差无几，涂层的热反射率与树脂的种类没有十分密切的关系。

    ⑶水性热反射涂料可以替代溶剂型热反射涂料应用于很多领域，例如：建筑业的屋顶和玻璃幕墙；石油工业的海上钻井平台、油罐、石油管道；运输业的汽车、火车、飞机表面、造船工业的船壳及兵器及航天工业的坦克、军舰的表面等。对提高我军的军事现代化，增强军事实力，巩固国防具有十分重要的军事、社会和环境效益。