近年来，有报道称聚氨酯面漆的性能下降，主要是在风化方面。(5)持续不断的市场力量压低了涂装项目的成本，无疑发挥了作用。涂料配方商通过改变配方来降低原材料成本，这反过来又导致性能较低的聚氨酯涂料。虽然仍被称为聚氨酯，但它们的性能可能低于20世纪70年代建立的原始标准。
对这一报告的性能漂移的最初反应是建立聚氨酯面漆的风化性能规范。SSPC涂料规范第36号:双组分耐候脂肪系聚氨酯面漆，基于性能(6)于2006年获得批准，并为加速UV-A/凝结(ASTM D 4587循环2)和南佛罗里达曝光(ASTM D 1014)建立了三个性能等级(1、2和3)。这对最终用户/说明者和涂料配方商都有帮助，因为它澄清了期望。
然而，在工业维护市场的某些领域，主要是体育设施，但也有水箱和桥梁，在这些领域，涂料系统希望在防腐的同时提供美学吸引力。(7)规格商/最终用户正在寻找替代涂料类型，例如聚硅氧烷(8)和含氟聚合物(9)，以满足比涂料规格第36号规定的更高的耐候性能标准。尽管与脂肪族聚氨酯相比，这些涂料类型具有固有的更高的原材料成本。
涂料规范第36号在定义聚氨酯耐候性能的最高水平方面走得足够远吗?聚氨酯面漆的耐候性是否高于涂料规格第36号的规定?
本文比较了影响脂肪族聚氨酯面漆耐候性的几个关键配方变量。在使用标准聚氨酯面漆配方的加速风化研究中，比较了多异氰酸酯指数和树脂选择等变量。该结果参考了SSPC涂料规范第36号，该规范经常用于工业维护和船舶市场，以确定聚氨酯面漆的性能标准。此外，聚氨酯面漆在极端暴露时间框架下进行了测试，以说明这些高质量的聚氨酯面漆与其他涂料类型相比如何，这些涂料类型通常被用作耐风化的超高性能标准。
本文只讨论在工业维护应用中选择涂层的一个方面-加速风化。作者希望指出在涂料选择过程中使用多种标准的重要性，例如，自然风化，应用特性和成本，仅举几例。
聚氨酯涂料化学
异氰酸酯基团(-N=C=O)的化学性质为聚氨酯涂料的化学性质提供了基础。它的高化学反应性，再加上它与许多不同的化学伙伴反应的能力，使得异氰酸酯基团特别适合涂料市场。异氰酸酯基可以与任何含有活性氢的化合物发生反应，例如醇(R-OH)，胺(R-NH2)，甚至水(H2O)。这三种反应(如图1-3所示)是最重要的。有各种各样的含羟基和/或含胺的原料(通常称为多元醇或共反应物)可用于与含异氰酸酯的原料反应。HO-R-OH + OCN-R”nco - (R-O-C (O) -NH-R”)n -方案1
聚氨酯
H2N-R-NH2 + OCN-R”nco - (R-NH-C (O) -NH-R”)n -方案2
聚脲
R-NCO + H2O à [RC(O)OH] à R-NH2 + CO2 h方案3
双组份聚氨酯涂料，有时也称为双包涂料，可能是所有聚氨酯涂料中最常见的一种。双组份是指在应用前将两个树脂包(通常称为a部分和B部分)立即混合的过程。一个包装含有具有反应性化学基团的树脂(例如，羟基或胺);另一种包装含有能与化学基团反应的多异氰酸酯树脂。双组分涂层的关键优势是理论上无限的存储稳定性，再加上两种树脂混合后的快速固化反应。
uv—
聚氨酯涂料的特点通常是加入涂料的多异氰酸酯类型(即芳香族或脂肪族)。主要区别在于芳香族多异氰酸酯(例如甲苯二异氰酸酯[TDI]和亚甲基二苯基二异氰酸酯[MDI]衍生的多异氰酸酯)通常较便宜。脂肪族多异氰酸酯(如六亚甲基二异氰酸酯[HDI]、异氟尔酮二异氰酸酯[IPDI]和h12mdi衍生的多异氰酸酯)具有更好的户外风化特性，即良好的保色性和光泽度;然而，基于芳香族二异氰酸酯的聚氨酯涂料在阳光下趋于黄色。由于光稳定性的这一关键差异，芳香族多异氰酸酯通常用于底漆和中间层涂料。脂肪族多异氰酸酯主要用于需要光泽和保色性的户外面漆应用。多年来，与异氰酸酯相关的潜在健康风险引发了大量讨论。虽然在油漆应用过程中暴露在异氰酸酯中存在真正的健康危害，但这些危害现在已经得到了很好的理解。四十年的工业使用带来了记录在案的安全操作规程和关于健康风险的事实。(10-12)与处理任何化学物质或涂层一样，在处理聚氨酯涂料时，需要良好的卫生规程和尽量减少异氰酸酯的接触。工业卫生监测程序尤其有助于验证聚氨酯涂料的安全使用。
Co-Reactants
共反应物代表双组分聚氨酯涂层的第二部分。它们必须至少有两个活性氢存在才能聚合。当共反应物或多异氰酸酯有两个以上的反应位点时，就会形成交联的热固性聚合物。交联越强，聚合物越坚硬，越耐化学腐蚀。共反应物通常以其主要化学成分为特征，可以是聚酯、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚醚、乙烯基、氟、聚天冬氨酸，甚至环氧树脂。在工业维护和海洋领域最常用的是聚酯，聚丙烯酸和聚天冬酰胺型聚氨酯面漆。共反应物的组成在决定聚氨酯涂料的性能方面起着重要作用。图1说明了如何使用不同的聚丙烯酸酯多元醇对聚氨酯面漆产生不同的风化结果。(关于各种丙烯酸多元醇的所有性能性能，请参阅参考文献13。)总的来说，分子量(分子量越高，物理性能发展越快)，羟基含量(OH含量越高，耐风化性和耐化学性越好)，Tg (Tg含量越高，物理干燥速度越快，薄膜越硬);聚丙烯酸酯骨架的化学成分(苯乙烯越多，成本越低，耐候性越差)都在聚氨酯面漆的应用和性能中发挥作用。
风化研究结果对比
使用SSPC涂料规格第36号标准对各种不同的聚氨酯面漆进行了测试，作为比较风化性能的基础。表2报告了一种聚酯聚氨酯面漆和两种不同的聚丙烯酸聚氨酯面漆在QUV a暴露后的保光性和变黄程度。表2中的所有三种聚氨酯面漆都通过了SSPC涂料规格第36号的3级性能标准-性能的最高级别。
·聚硅氧烷C = ~ 2300小时;
·聚氨酯A = ~ 3800小时;
·聚硅氧烷B = ~ 5100小时;
·聚氨酯A超指标值~ 6000小时;
·聚硅氧烷A = ~ 6200小时;
·聚氨酯B = ~ 6600小时;而且
·含氟聚合物-聚氨酯交联=大于10,000小时。
到目前为止，聚氨酯交联含氟聚合物在加速风化测试中的表现优于所有其他表面涂层——从未超过25%的光泽损失阈值。
然而，这项研究提出了以下问题。
·什么暴露时间适合于加速风化试验?
·工业维护/船舶市场适用于何种程度的保光?
·这些面漆在自然风化作用下表现如何?
·油漆规范第36号是否应该修改以包括更高水平的性能?也许是4级?
结论/透视
聚氨酯面漆的QUV A风化性能可以根据原材料的选择而有所不同。在聚氨酯面漆配方中使用的高质量丙烯酸共反应物可以显著优于低成本丙烯酸聚氨酯。配方变化也可以发挥作用，包括异氰酸酯指数。具体而言，过标度异氰酸酯可显著改善本研究聚氨酯面漆的QUV A耐候性能。预计这将适用于聚酯聚氨酯和聚天冬氨酸面漆。
高质量聚氨酯面漆配方与其他一些涂料类型的比较表明，它们在QUV A的风化性能方面优于市售的聚硅氧烷。本研究表明，聚硅氧烷涂料的QUV A耐候性能并不完全相同。三种聚硅氧烷面漆中的两种能够达到10,000小时的QUV A暴露而不完全失去光泽;然而，其中一个不符合德尔塔E标准设置在油漆规范36。
到目前为止，聚氨酯交联含氟聚合物在加速风化测试中优于所有其他面漆——从未超过SSPC涂料规格第36号规定的25%光泽损失阈值标准。该涂层的Delta E性能也很突出。
本研究的所有聚氨酯面漆在光泽损失和发黄方面都达到了SSPC涂料规格36的最高QUV A性能水平。
如何得出哪个面漆表现更好的结论呢?这取决于一个人如何定义更好。作者建议，不要过多地解读一种加速测试方法。本面漆风化研究只关注防腐涂料应用中涂层选择过程的一个要素。还必须考虑1)涂料的应用特性，例如，使用寿命/干燥时间，VOC水平，2)作为多涂层系统的一部分的腐蚀性能，以及3)作为多涂层系统的一部分的成本。近年来，相对于这些重要的考虑因素，人们过多地关注加速风化作用的结果。
人们还必须记住加速风化作用与自然风化作用的相关性。这项研究的涂层也被提交给了南佛罗里达的风化，当结果出来时，将在未来提出。
确认
作者想要感谢Ken Ferri, Sandy Zielinski和Joe Kleer为准备许多涂料配方和进行本文中描述的风化研究所做的贡献。
本文发表于2008年1月，加州洛杉矶的PACE会议。
举报辱骂性评论