双组分水性聚氨酯涂料的应用研究

李秀玲，刘俊杰，杨帅，杨旭，李萌
（中化化工科学技术研究总院，北京100011）

1 引言
自20 世纪80 年代后期以来，由于环保法规的日益严格，水性聚氨酯树脂的发展步伐逐渐加快。水性聚氨酯与溶剂型聚氨酯树脂的性能差距逐步缩小，在硬度、耐磨、抗冲击、抗弯曲等机械性能方面甚至超过溶剂型聚氨酯。在相对湿度小于50%的条件下，干燥速率也不逊于溶剂型涂料。水性聚氨酯产品开发力度之大和产品系列之丰富尤以拜耳、巴斯夫、罗地亚等公司为突出。应用于涂料的水性聚氨酯树脂除考虑对人和环境友好的因素外，高品质的水性聚氨酯更多地考虑了户外耐候性、耐黄变性的因素，较多采用六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）等脂肪族异氰酸酯合成综合性能优异的水性聚氨酯，且较为突出的是水性聚氨酯固化剂采用脂肪族或脂环族二异氰酸酯，其耐水解性好于采用芳香族二异氰酸酯的固化剂，易制得相对分子质量高且分布窄、黏度低的预聚体。对水性聚氨酯的研究表明，聚氨酯结构中的—NCO基团与水的反应速率小于水的蒸发速率，含官能基的脂肪族—NCO 反应性如下：胺> 羟基> 水> 脲> 氨基甲酸酯。在水蒸发后，漆膜中以—NCO 与—OH 的反应为主。国外学者研究表明：只有在—NCO 基团自由释放时，水才能离开漆膜，—NCO 基团才有可能与含羟基的组分反应。因此—NCO/—OH 应在1.2 ～ 2.5 之间，才能使水快速脱离漆膜。且过量的异氰酸酯与水反应生成脲结构，产生网状交联结构，使漆膜硬度增加，耐化学品性能提高。考虑到性价比因素，适宜的比例应为1.5 左右。
本文以不同的含羟基丙烯酸分散体和亲水性HDI聚异氰酸酯为基础，考察了不同组合的Bayhydrol XP和Bayhydur XP 系列涂膜的干性、光泽、硬度、耐介质性等，为选择不同用途的水性聚氨酯配方提供数据。

2 试验部分
2.1 主要原材料
⑴Bayhydrol XP 系列水性含羟基丙烯酸分散体（2457、2470、2546、2542、2695）的技术指标见表1。

⑵Bayhydur XP 系列亲水性脂肪族聚异氰酸酯（2451、2547、2655）是HDI 三聚体，为非离子型乳化剂的多异氰酸酯混合物，使改性的多异氰酸酯不需高剪切力而易乳化于水中。Bayhydur XP 系列产品的技术指标见表2。

⑶润湿剂、流平剂、消泡剂为BYK、迪高的产品。
2.2 涂料基础配方
涂料基础配方见表3。

2.3 性能测试仪器及方法
试验环境按GB/T 9278—1988 要求；漆膜制备按GB/T 1727—1992 要求；漆膜干燥时间按GB/T 1728—1989 测定；漆膜附着力按GB/T 1720—1989 测定；漆膜柔韧性按GB/T 1731—1993 测定；漆膜耐冲击性按GB/T 1732—1993 测定；漆膜铅笔硬度按GB/T 6739—1996 测定；漆膜耐水性按GB/T 1733—1993 测定；漆膜耐化学试剂性按GB/T 1763—1989 测定。

3 结果与讨论
3.1 含羟基丙烯酸分散体与亲水性固化剂配漆性能测定
含羟基丙烯酸分散体与亲水性固化剂配漆性能测定结果见表4。