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砂磨機對水性熱反射船殼涂料的影響

 摘要：研制了一種水性太陽熱反射型船殼涂料，考察了不同的基料、相同的隔熱顏填料和顏基比對涂層耐介質性能的影響。采用光反射率表征了涂料對可見光、紅外光的反射性能。結果表明，以水性聚氨酯樹脂為成膜基料，以鈦白粉、云母粉、空心陶瓷微珠為隔熱功能顏填料，再加上水及助劑等，制備出的涂層與同樣體系的溶劑型熱反射船殼漆對可見光和近紅外光的反射率基本相同。

    關鍵詞：水性涂料；熱反射；船殼漆

    1引言

    熱反射涂料對于降低船體的表面溫度，改善船上的工作環境具有重要意義，同時，應用熱反射隔熱涂料還可以顯著降低艦船表面的升溫速率，能經受太陽光的曝曬、風雨鹽霧和大氣的侵蝕，對整個船體的鋼結構系統具有重要的保護作用[1-2]。國內市場上的熱反射涂料基本為溶劑型，雖然溶劑型熱反射涂料對太陽能的熱反射率較高，隔熱效果最好，但隨著人們環保意識的增強，迫切需要發展無污染、同時具有良好熱反射效果的水性涂料。本文主要研究探討不同樹脂、不同介質種類對水性熱反射涂層性能的影響。

    2試驗部分

    2.1基本配方

    水性熱反射船殼涂料的基本配方見表1。

表1 水性熱反射船殼涂料配方

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    2.2制備工藝

    將各原料按配方量加入到砂磨機中，高速攪拌1h后，再研磨2h，當細度達到要求后過濾、包裝。

    2.3檢測方法

    涂料的黏度、細度、固體含量、遮蓋力、流平性、流掛性和涂膜的厚度、附著力（劃圈法）、柔韌性、沖擊強度、耐蒸餾水、耐鹽水、耐油水混合物、耐紫外光老化分別按相應的國家標準進行檢測。熱反射性能用JFB-1便攜式反射率測定儀進行測定。

    3結果與討論

    3.1涂膜的力學性能

    不同水性樹脂熱反射涂料的力學性能見表2。

表2 不同水性樹脂熱反射涂料的力學性能

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    表2中PUA801是普通水性聚氨酯樹脂，PUA802是有機氟改性水性聚氨酯樹脂，PUA803是有機硅改性水性聚氨酯樹脂。在相同的試驗條件下，801的附著力較好，802和803的附著力較801差一些，802的抗沖擊性能較強，與有機氟改性聚氨酯樹脂后其整個分子鏈的柔韌性增強有關，水性聚氨酯樹脂涂膜的柔韌性很好。通過控制分子鏈段中軟硬段的比例可以調節涂膜的柔韌性，從而調整水性聚氨酯涂膜的硬度為B~3H。
3.2涂膜的耐水性能

    不同水性樹脂涂料的耐蒸餾水性能見表3。

表3 不同水性樹脂涂料的耐蒸餾水性能

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    從表3可以看出，PUA801、802、803的耐蒸餾水性能很差，PUA903和PUD的耐蒸餾水性能較好，可以基本上滿足水性熱反射涂料對耐蒸餾水性能的要求。PUA801、802、803耐蒸餾水性能較差的原因可能是涂料中的部分水分還未從涂層中揮發到空氣中，或者被多孔性基材吸收就突然加熱干燥，不易形成連續性的涂層。由于大多數水性聚氨酯涂料是以含親水性的聚氨酯為主要固體成分，且有時還含水溶性高分子增稠劑，涂膜干燥后若未形成一定程度的交聯，則耐水性不佳[4-5]。PUA903和PUD耐蒸餾水較好的原因可能是交聯度較高，涂膜致密抗蒸餾水性能較好。

    3.3涂膜耐海水性能

    不同水性樹脂涂料的耐海水性能見表4。

表4 不同水性樹脂涂料的耐海水性能

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    從表4可以看出，水性聚氨酯PUD涂膜的耐海水性能明顯優于耐蒸餾水性能，30d后也不出現氣泡。原因可能是涂膜本身就是一種滲透性介質，海水中的離子濃度與涂膜中的離子濃度基本相當，不會發生滲析與反滲析，因而涂膜的耐海水性能較耐蒸餾水性能好；雙組分聚氨酯PUA903涂膜比單組分聚氨酯PUA801、802、803涂膜的耐海水性好，雙組分聚氨酯PUA903是通過硅烷偶聯劑來提高涂膜自身的交聯度，從而提高了水性聚氨酯涂膜的耐海水性能。這也是提高水性涂膜耐介質性能的方法之一。

    3.4涂膜耐油水混合物性能

    不同水性樹脂涂料耐油水混合物性能見表5。

表5 不同水性樹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內耐油水混合物的性能是比較優秀的，但是30d后PUD涂膜的耐油水性能下降，用硅烷偶聯劑固化的雙組分PUA903完好，這說明水性聚氨酯涂膜短時間內可以經受住油水混合物的腐蝕。如果要長時間經受油水混合物的腐蝕，研究發現在涂料中加入dowcoring84，wetlink78和silok412等內交聯劑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徑，可以通過提高樹脂本身的交聯度，以及外加提高交聯度的助劑，這2種方法都是可行的。
3.5涂膜耐酸性能

    不同水性樹脂涂膜耐鹽酸性能見表6。

表6 不同水性樹脂涂膜耐鹽酸（10%）性能

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    水性聚氨酯涂膜的耐鹽酸（10%）性能，雙組分PUA903和PUD涂膜48h內完好，雙組分PUA903涂膜30d后仍完好。發現在水性聚氨酯涂料中加入含有鐵鹽或鋅鹽的助劑是可以提高涂膜的耐酸性能的，其中可能的原因：涂膜中的鐵鹽和鋅鹽助劑中游離的金屬離子和氫陽離子，在液體狀態下與氯陰離子形成電極，對涂膜具有一定的保護作用，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

    不同水性樹脂涂料的耐QUV老化500h后的照片見圖1。

圖1 耐QUV老化500h照片

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    從圖1可以看出，PUA801和803經過QUV老化試驗后，涂膜有部分爆裂，同時爆裂部分邊緣泛銹，PUA802整體涂膜完整，但也變色。說明氟改性的水性聚氨酯樹脂較丙烯酸改性和有機硅改性的樹脂的涂膜耐QUV老化性能優秀。

3.7熱反射率討論

    以相同顏基比、同樣顏填料類型、僅樹脂不同制備的溶劑型海灰熱反射涂料和水性海灰熱反射涂料進行熱反射率對比，反射率曲線見圖2和圖3。

圖2 溶劑型海灰熱反射涂料反射率曲線

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圖3 水性海灰熱反射涂料反射率曲線

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    對比圖2和圖3可知，在390~780nm的可見光區和760~1500nm的近紅外反射區，水性熱反射船殼漆的反射率與溶劑型的相差無幾，也就是在同樣條件下，水性熱反射涂料對可見光和近紅外的反射效果可以與溶劑型的相當，在1500~2500nm的遠紅外區可以比較明顯地看出水性熱反射船殼漆略劣于溶劑型。因而也印證了基料種類的差異對涂層反射紅外線性能的影響較小[6-7]。

    4結語

    ⑴水性熱反射船殼漆的性能與水性聚氨酯樹脂的結構和性能有著十分密切的聯系，水分散型聚氨酯的耐介質性能要優于丙烯酸改性水性聚氨酯的性能,雙組分水性聚氨酯的性能要優于自干型單組分聚氨酯。

    ⑵水性熱反射涂料的熱反射性能與溶劑型熱反射涂料的性能在反射率方面基本相差無幾，涂層的熱反射率與樹脂的種類沒有十分密切的關系。

    ⑶水性熱反射涂料可以替代溶劑型熱反射涂料應用于很多領域，例如：建筑業的屋頂和玻璃幕墻；石油工業的海上鉆井平臺、油罐、石油管道；運輸業的汽車、火車、飛機表面、造船工業的船殼及兵器及航天工業的坦克、軍艦的表面等。對提高我軍的軍事現代化，增強軍事實力，鞏固國防具有十分重要的軍事、社會和環境效益。