水性漆环保材料系列之土豪金

　　泉泊水性漆环保材料厂家讲解水性双组份聚氨酯涂料

　　在双组分水性聚氨酯涂料的成膜过程中，多异氰酸酯在前期并没有过多的与多元醇或水发生化学交联反应，一直到大部分水分蒸发后，乳液与固化剂粒子相互接触并挤压，此时多元醇中的羟基以及残余的水开始大量地与固化剂中的-NCO基团发生化学反应。由此可知，双组分水性聚氨酯涂料适用期的表现形式与双组分溶剂型聚氨酯涂料可能是完全不同的。很多时候，双组分水性涂料体系的黏度变化会一直保持在远远低于初始黏度2倍的范围内，这就意味着，在溶剂型涂料中行之有效的通过黏度上升判断适用期的方法，在双组分水性聚氨酯体系中是不适用的。实际上，我们需要通过测试漆膜某些性能（如光泽、雾影、硬度、耐化学品性等）的突变点来判断其适用期。

　　另一个需要注意的问题是：如何确定双组分水性聚氨酯涂料中-NCO与-OH的比值。一般来说，多异氰酸酯与多元醇的反应速度比与水反应更快，但两者仍然具有竞争关系。为了补偿多异氰酸酯和水的副反应而产生的损失，一般使用过量的多异氰酸酯，-NCO/-OH比率会选择1.5~3.0。通常-NCO/-OH比例越高，涂膜的耐化学性越好，但干燥时间越长，成本越高。一般情况下，-NCO/-OH的比例控制在1.5左右，这样就能得到的性价比异氰酸酯。

　　2、水性双组分聚氨酯涂料的成分

　　双组分交联型水性聚氨酯涂料，即涂料分为两个组分：其一为水性多元醇组分；另一为水分散型异氰酸酯组分。

　　水性多元醇组分

　　按水性聚合物的胶体结构，可将其分为两大类:一类是水分散型多元醇，另一类是乳液型多元醇。水性聚氨酯多元醇的制备可采用传统的水性聚氨酯分散体的制备方法，但在聚合物的亲水基团中，应该有更多的羟基，在化学结构上满足双组分涂料的反应要求。常用的方法是预聚体法和丙酮法。

　　双组分水性聚氨酯涂料与双组分溶剂型聚氨酯涂料相比, 其多元醇具有良好的分散性, 能促使未改性、憎水的多异氰酸酯固化剂在水中稳定地分散。按照制备方法的不同, 水性多元醇体系可分为乳液型多元醇和分散体型多元醇。

　　乳液型多元醇

　　早采用的多元醇为乳液型多元醇, 它是通过乳液聚合得到的具有多种结构的丙烯酸多元醇乳胶。其用于双组分体系的优势是聚合物的相对分子质量大, 涂膜在室温下干燥速度快;缺陷是它对未改性多异氰酸酯固化剂分散性较差, 导致涂膜外观较差, 且适用期短。

　　分散体型多元醇

　　为了改善多元醇体系对多异氰酸酯固化剂的水分散性, 提高双组分水性聚氨酯涂料的性能, 可采用分散体型多元醇, 也称第二代水性羟基树脂, 目前这方面的研究较多。该多元醇树脂首先在有机溶剂中合成得到, 其分子结构中含有亲水可电离基团或亲水非离子链段, 然后将该树脂或溶液分散在水中得到分散体型多元醇。其特点为相对分子质量低, 分散体粒径小(Dn =10 ～ 200 nm), 对固化剂分散性优越, 形成的涂膜外观好, 综合性能优异。根据化学结构的不同, 它可分为丙烯酸多元醇分散体、聚氨酯多元醇分散体和聚酯多元醇分散体等。

　　丙烯酸多元醇分散体

　　与丙烯酸多元醇乳胶相比, 丙烯酸多元醇分散体具有较低的相对分子质量(Mw = 2 000 ～10 000) , 较高的羟基官能度, 较小的粒径, 对固化剂分散性好, 涂膜交联度高, 具有优异的综合性能, 但是涂膜干燥速度较前者慢。

　　聚氨酯多元醇分散体

　　聚氨酯分散体本身是一类高性能的胶黏剂。用它配制双组分水性涂料, 涂膜外观好, 具有优异的机械性能、耐化学品性和耐磨性。并且可以根据实际需要, 通过调整氨基甲酸酯的浓度来确定涂膜性能。制备聚氨酯分散体大多使用脂肪族异氰酸酯,其保色性和耐候性优于芳香族异氰酸酯, 而且与水的反应活性也远小于芳香族异氰酸酯。1 , 6 -己(HDI)、异佛二酮(IPDI)和氢化二苯基甲烷(H12MDI)是目前研究者使用多的三类脂肪族异氰酸酯。

　　聚酯多元醇分散体

　　聚酯多元醇分散体配制的双组分涂料具有流动性好, 对颜料润湿性强, 涂膜光泽度高等优点。但此类分散体配制的涂膜的缺陷为耐水解性差。这是因为聚酯多元醇的酯键容易水解, 这将会导致聚合物链断裂, 进而影响涂膜性能。可考虑将丙烯酸聚合物接枝到聚酯分子链上, 制备聚酯-丙烯酸复合多元醇分散体, 以提高聚酯链的耐水解性[ 16] 。该多元醇复合体系配制的双组分涂料将聚酯的软链段和丙烯酸树脂的硬链段有机结合在一起, 有利于涂膜硬度和柔韧性的改善。

　　以上三种分散体型多元醇尽管具有许多优点,但也有不少缺陷有待改善, 如:聚合物分散到水中后, 有机溶剂必须脱除, 增加了生产成本;树脂在水中的分散过程往往发生相转移, 这会使体系黏度急剧增大, 形成高黏度低固含量的分散体, 降低了施工固体分, 不利于双组分体系的物理成膜等。但总的来说, 作为双组分水性聚氨酯的羟基组分, 分散体型多元醇要优于乳液型多元醇。

　　多异氰酸酯组分

　　用于水性双组分聚氨酯体系的多异氰酸酯固化剂有两种——亲水改性多异氰酸酯和未亲水改性多异氰酸酯。浊度实验表明：未亲水改性多异氰酸酯分散在水中时需要高度的剪切混合；而亲水改性的异氰酸酯使用普通搅拌的方法即可与水混合

　　由于多异氰酸酯单体具有较大的挥发性、刺激性和毒性，所以在制备聚氨酯时，很少直接使用多异氰酸酯单体，而是利用多异氰酸酯的预聚体，即把它们加工成不挥发的亲水性的多异氰酸酯组分，具体有亲水改性多异氰酸酯固化剂、低黏度多异氰酸酯固化剂和较难与水反应的固化剂。

　　常用的预聚体有：TDI三聚体和TDI-TMP的加成物、HDI-TMP加成物和HDI的二聚体、HDI三聚体、MPDI三聚体等。

　　异氰酸酯是异氰酸的各种酯的总称。若以－NCO基团的数量分类，包括单异氰酸酯R－N=C=O和=C=N－R－N=C=O及多异氰酸酯等。大宗异氰酸酯分为芳香族异氰酸酯（MDI、TDI）和脂肪族异氰酸酯（HDI、IPDI、HMDI）