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　　聚天門冬氨酸酯涂料是近年來在聚脲工業領域出現的一種新型脂肪族、慢反應和高性能雙組分涂料，被稱為第三代聚脲［1］，系脂肪族異氰酸酯和聚天門冬氨酸酯反應的產物。聚天門冬氨酸酯是一種空間位阻型脂肪族仲二元胺，其在應用和性能方面與傳統聚脲涂料不同，而與雙組分脂肪族聚氨酯涂料相近。聚天門冬氨酸酯涂料徹底改變了傳統聚脲的凝膠時間短、附著力差、易黃變等缺點；與傳統聚氨酯涂料相比，又具有固含量高、硬度和凝膠時間可調、耐腐蝕性好、附著力強、可厚涂、耐磨性優、耐黃變、對溫濕度不敏感等優異性能，且不需專門的噴涂施工設備。它可廣泛用于戶外鋼鐵結構的防腐保護、需要抗靜電隔熱防腐的石化設施涂裝、電力機車的工業涂裝、風電塔筒及風葉的保護、混凝土表面裝飾防護、隧道翻修等領域。本研究選用德國拜耳公司的脂肪族HDI三聚體、聚天門冬氨酸酯為主要成膜物，以-NCO/-NH=1.1配漆，配用功能性顏填料和助劑，制成一種抗靜電隔熱防腐涂料，并對其性能進行測試。

　　1 實驗部分

　　1.1 原材料

　　聚天門冬氨酸酯DesmophenNH1520、DesmophenNH1420、脂肪族HDI三聚體DesmodurN3390，德國拜耳；金紅石型鈦白粉R-706，杜邦公司；硅鋁基陶瓷空心微珠，世先英華；納米摻銻二氧化錫（ATO），江蘇河海；摻雜聚苯胺，長春應用化學所；分散劑Byk-163、流平劑Byk-320、消泡劑Byk-A530，德國畢克；防流掛劑B2O，旁捷；硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑，南京曙光；醋酸丁酯（BAc）、甲氧基乙酸酯（MPA）、甲乙酮、二甲苯，市售品。

　　1.2 基本配方

　　抗靜電隔熱防腐聚天門冬氨酸酯涂料的基本配方見表1。

　　1.3 制備方法

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　�。�2）聚苯胺分散漿：在聚天門冬氨酸酯中加入1%高分子分散劑，再加入5%的聚苯胺粉末，高速分散2h，制成漿料。

　�。�3）按配方稱量，投入聚天門冬氨酸酯、助劑、鈦白粉、ATO漿、摻雜聚苯胺漿、溶劑等，高速分散，研磨至細度≤30μm，再加入空心微珠和防流掛劑，攪拌分散均勻，制得B組分。

　�。�4）將B組分與A組分DesmodurN3390按一定比例混合。

　　1.4 性能檢測

　　按-NCO/-NH=1.1配漆，按照標準要求制備試板、養護，各項性能檢測結果見表2。

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　　2 結果與討論

　　2.1 樹脂的選擇

　　聚天門冬氨酸酯涂料由A組分HDI三聚體（結構式見圖1）和聚天門冬氨酸酯（結構式見圖2）組成。它是通過異氰酸酯基（-NCO）與聚天門冬氨酸酯上的氨基（-NH）反應。當NCO指數為1.1時，由于聚天門冬氨酸酯中的-NH的活潑氫恰好與異氰酸酯反應，能形成內應力均勻的嵌段結構，內部分子鏈之間具有大量氫鍵效應，使涂膜具有優異的附著力、柔韌性、耐沖擊性、強度和硬度。

　　聚天門冬氨酸酯結構式中X為取代基，采用不同結構取代基X，可以得到不同反應速率的聚天門冬氨酸酯衍生物。本文選用NH1520和NH1420，其取代基X分別為：

　　NH1520比NH1420的取代基X多了2個側甲基，使得NH1520的位阻效應大于NH1420，因此前者與-NCO的反應速率比后者慢，交聯密度和柔韌性更好。在基本配方因素不變的條件下，改變NH1520與NH1420的質量比，其反應速率變化見表3。

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　　由表3可見：當NH1520與NH1420的質量比為2.5~2∶1時，適用期約1h，表干時間約3h，較為適宜。由于NH1520和NH1420的相對分子質量較小，分別為291和277，且相對分子質量分布窄、官能度分布均勻，以N3390為固化劑、NCO指數為1.1時，保證了涂膜有足夠的交聯密度，形成的涂膜致密、柔韌、強度高、硬度大、抗沖擊性好。

　　2.2 顏填料的選擇及對涂膜性能的影響

　　抗靜電隔熱防腐聚天門冬氨酸酯涂料的配方設計，是在滿足涂膜的附著力、抗沖擊性、抗拉強度、斷裂伸長率、抗靜電性、防腐性的條件下，盡可能地提高涂膜的光熱反射率，同時兼顧熱輻射的增強。因此，要求選用的顏填料對可見光和紅外光的吸收要小，對太陽光的散射能力要大。顏料的散射能力取決于顏料與樹脂折光指數的差值，因為合成樹脂的折光指數很低，在此可忽略不計，所以折光指數越高的顏料，其散射率越大。某些顏填料的折光指數見表4。

　　金紅石型鈦白粉是戶外飾面涂料常用的白色顏料，具有遮蓋力強、耐候保色性好、耐化學腐蝕等優點，其折光指數為2.8，反射系數≥80%，在隔熱涂料中為首選顏料。為了增大涂料的固含量、提高涂膜的綜合性能，選用硅鋁基陶瓷空心微珠作填料。硅鋁基陶瓷空心微珠是以硅鋁為主要成分，在氮氣保護下經高溫熔融、強氣流氣化噴霧形成的輕質空心微珠，其內部呈微小的多孔性空心結構，表面由纖維空心網狀結構構成堅硬外殼，是一種標準物理球形氧化硅鋁陶瓷粉末材料。它的典型特征是：抗壓強度大（5000~700kg/cm2）、硬度高（莫氏5~7）、光散射率強（80%~88%）、耐磨、不燃、隔熱、防腐等。以其為填料制備的涂料，其涂膜在柔韌性、附著力、抗沖擊性、耐磨性等方面具有明顯__的增效作用。這是因為超細陶瓷空心微珠粒徑小、表面積大、其表面網狀結構具有易吸收樹脂的物理交聯點和大分子鏈，使涂膜更致密，對荷載的分布更均勻，能夠有效地分散內部和外部應力，減弱局部受到的沖擊和摩擦力，減少磨損值和涂膜裂紋。在保持基本配方不變的條件下，固定顏填料用量為30%，改變鈦白粉和陶瓷空心微珠的質量比，檢驗其對涂膜性能的影響，見表5。

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　　2.3 納米ATO的影響

　　為了提高涂膜對太陽熱的輻射能力，需要選用一種能將吸收的太陽能以長波形式輻射到大氣中的紅外粉作填料，使制備的涂料對800~1300nm波段的吸收率提高，而對其他波段的反射比很高，具有優異的散熱降溫效果。以SiO2、Al2O3為基料，Fe2O3、CuO、CoO等為添加劑，經高溫燒結、粉碎研磨而成的陶瓷粉、納米Fe2O3、MnO、SiO2、摻銦氧化錫（ITO）、摻銻氧化錫（ATO）等，都是優良的紅外輻射材料。本文選用納米ATO紅外輻射材料為功能性填料。納米ATO具有特異的光電性能，它既是一種對太陽光譜有理想選擇性的紅外吸收隔熱材料，也是一種抗靜電用導電材料。納米ATO在可見光區（波長400~720nm）透過率很高，對紅外光區（波長720~2500nm）卻有很好的屏蔽作用，這種屏蔽性是基于對紅外光的吸收；在紫外光區（波長200~400nm）以本征吸收為主，反射為輔；在紅外光區以自由載子吸收為主，反射為輔，從而產生良好的隔熱效果［2］。納米ATO又是一種半導體材料，其中半導體有2種載流子（即電子和空穴）。由于SnO2在高溫煅燒過程中會產生氧空缺，并且Sb5+會取代SnO2晶體中的Sn4+的位置，產生一個弱束縛電子（載流子的重要來源），Sb5+的摻雜形成淺施主能級，增加了其自由載流子濃度，因此納米ATO具有優異的導電性。在基本配方不變的條件下，納米ATO的摻量對涂膜性能的影響見表6。由表6可見：隨著納米ATO添加量的增大，涂膜的抗拉強度、斷裂伸長率、耐磨性、陽光反射率、半球發射率相應提高，表面電阻降低，即導電性提高；當ATO添加量達3%~4%時，涂膜的綜合性能良好。其原因在于納米粒子的界面效應，使粒子與樹脂之間形成更多的接觸面積，產生更多的微裂紋和彈性變形，將更多的沖擊能轉化為熱能吸收，從而提高沖擊強度，達到增加硬度、提高柔韌性的目的［3］。

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　　2.4 摻雜聚苯胺的影響

　　本文選用摻雜聚苯胺為導電填料。聚苯胺（PANI）因其獨特的性能和特點，如輕質、化學穩定性高、環境穩定性好、結構的多樣性和獨特的摻雜機理、導電率高以及可逆氧化還原特性等特點，已被公認為當今導電聚合物中最具商業代表性、最有大規模工業化應用前景的導電高分子材料［4］。在導靜電涂料應用方面，當PANI添加量為5%~8%時，可達到導電填料40%的導電效果，如以環氧樹脂為基料，PANI添加量為5%時，涂層表面電阻可達107Ω，電導率達10-7S/m，已能滿足導電涂料的標準要求。聚苯胺又是一種優良的防腐材料，對金屬底材具有優異的防腐作用。其防腐機理是：聚苯胺與金屬界面形成一層致密的金屬氧化膜，使金屬的電極電位鈍化；聚苯胺與金屬界面產生一個電場，該電場的方向與電子傳遞方向相反，阻礙電子從金屬向氧化物的傳遞，相當于一個電子傳遞的屏障；聚苯胺又是鐵基金屬的有效緩蝕劑，可明顯降低腐蝕速率。因此，摻雜聚苯胺對提高聚天門冬氨酸酯的防腐性有一定作用。本研究采用摻雜聚苯胺和納米ATO組成復合導電體系，在基本配方中其他因素不變的條件下，PANI和ATO質量比變化對涂膜表面電阻率的影響見表7。

　　由表7可見：在基本配方中，當單獨采用ATO或PANI，且用量相等的條件下，測得涂膜的表面電阻ATO＞PANI，即PANI的導電性好于ATO。當m（ATO）∶m（PANI）=3∶3~4∶2時，涂膜表面電阻率既滿足了導電涂料的標準要求，也兼顧了涂膜隔熱性、防腐性的要求。

　　3 結語

　�。�1）聚天門冬氨酸酯涂料是脂肪族異氰酸酯和聚天門冬氨酸酯交聯反應的產物。本文選用HDI三聚體N3390為固化劑（A組分），以聚天門冬氨酸酯NH1520與NH1420質量比為2~2.5∶1復配為基料，配用顏填料、助劑、溶劑，制成乙組分，以m（甲組分）∶m（乙組分）=（33~34）∶100配漆，使NCO指數等于1.1。（2）以金紅石型鈦白為顏料，硅鋁基陶瓷空心微珠為填料，二者的質量比為2~3∶1，且添加量約30%時，涂膜既能滿足一般常規性能指標要求，也能滿足隔熱降溫性能指標要求，陽光反射率和半球發射率均大于80%。（3）納米ATO既是紅外輻射材料，又是導電材料。涂料中加入適量的ATO，既提高了涂膜的隔熱性，也增強了導靜電性；摻雜聚苯胺（PANI）既是優異的高分子導電材料，也是優良的防腐材料。涂料中加入適量聚苯胺，不但提高了涂膜的導電性能，也賦予涂膜防腐性。當m（ATO）∶m（PANI）=3∶3~4∶2配用時，既滿足了導電涂料的標準要求，也兼顧涂膜隔熱性、防腐性的要求。