双组份水性聚氨酯成膜机理

双组份水性聚氨酯成膜机理

多年前，很多人认为双组分水性聚氨酯涂料是难以实现的。一个重要原因是人们认为多异氰酸酯中的NCO基团会与水反应生成聚脲，同时生成CO2，而难以得到致密的漆膜。但Bayer的化学师在实践中发现某些多异氰酸酯在水中可以长时间稳定存在，在多异氰酸酯液滴与水的界面上会形成一层具有临时性保护作用的聚脲薄膜，这一薄膜的存在可以较长时间阻止多异氰酸酯与水的进一步反应，从而使双组分水性聚氨酯涂料技术可能得以实现。进一步的研究表明，将某一亲水改性的HDI三聚体分散在水中，经过7h后，-NCO的保留率仍然大于90%。

双组分水性聚氨酯涂料的成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型聚氨酯涂料的成膜机理也完全不同。图1为双组分水性聚氨酯涂料的固化成膜示意图。

图1双组分水性聚氨酯成膜过程

由图1可见，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，这样就能得到最佳的性价比。

中国新型涂料网