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水性聚氨酯漆及涂料固化劑的選擇和使用

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2019/2/20 瀏覽次數(shù)：

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一、選擇合適的固化劑
水性異氰酸酯固化劑，是在原有多異氰酸酯或衍生物固化劑的基礎(chǔ)上引入親水基團(tuán)，分散于水介質(zhì)中，所以在涂料中無(wú)需高剪切就能達(dá)到100nm以下的粒徑，容易與水性羥基樹(shù)脂混合。

水性固化劑和溶劑型的選擇最主要區(qū)別體現(xiàn)在—NCO 會(huì)與水和其中的中和劑發(fā)生反應(yīng)，從而影響其施工性能和漆膜性能。在主劑和固化劑反應(yīng)的時(shí)候，黏度必然會(huì)有所上升，溶劑型聚氨酯只要通過(guò)加入適當(dāng)?shù)娜軇┚湍芙鉀Q這個(gè)問(wèn)題，但是水性聚氨酯不同，由于加入的溶劑是水，水會(huì)消耗部分—NCO，從而導(dǎo)致漆膜性能的下降。

所以選擇合適水性固化劑的關(guān)鍵就是在施工性能和漆膜性能之間找一個(gè)平衡點(diǎn)。

1、固化劑活化期的確定

表征活化期特性主要有兩個(gè)指標(biāo)分別是涂料施工過(guò)程中的NCO含量的變化和其黏度的變化。多異氰酸酯與水性羥基樹(shù)脂混合后，起初的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)NCO含量的變化是確定穩(wěn)定的施工性能、判定合理的施工過(guò)程活化期的重要因素。

我們一般觀察水性固化劑的活化期是3h，如果在這段時(shí)間內(nèi)，—NCO含量減少量大于 40%，則認(rèn)為此固化劑對(duì)改善漆膜性能的作用不大。而一般水性固化劑的最佳活化期是在—NCO減少量為30%左右。

水性異氰酸酯的使用是改善和增強(qiáng)涂膜性能最有效的方法，同時(shí)也是提高水性涂料交聯(lián)密度的途徑之一。所以如果對(duì)施工要求高的涂料，可以選用那些副反應(yīng)（主要是和水的反應(yīng)）比較劇烈的固化劑。而對(duì)性能要求高的涂料，可以選用副反應(yīng)比較少的固化劑。

2、固化劑的分散性
對(duì)于水性固化劑而言，在水是否易分散也十分重要，否則會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似縮孔、透明性差和存在顆粒等問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)普通施工條件有限，加入固化劑后一般都是手動(dòng)攪拌并且時(shí)間不會(huì)超過(guò)5min。一般是在水性聚氨酯涂料中加入需要試用的固化劑，然后分別攪拌1min、2min、3min、4min和5min，再用濕膜制備器制膜，觀察其是否有縮孔和泛白。通常分散性良好的固化劑只需通過(guò)手?jǐn)嚲湍苓_(dá)到很好的分散效果，不發(fā)生泛白或縮孔的現(xiàn)象。如果 5min 后，漆膜還是出現(xiàn)泛白現(xiàn)象，說(shuō)明此固化劑不適合應(yīng)用于某個(gè)水性聚氨酯涂料中。

3、固化劑對(duì)漆膜的影響

(1) 光澤的影響

不同水性固化劑調(diào)配成漆后，漆膜所表現(xiàn)出的光澤將不同。這是因?yàn)樗怨袒瘎┏c羥基水性樹(shù)脂反應(yīng)之外，還參與部分副反應(yīng)，活性不同的固化劑形成的反應(yīng)鏈大小不同所造成的。

使用不同的固化劑及其用量做正交試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試光澤度，就會(huì)明確所試用固化劑對(duì)漆膜光澤的影響。

在啞光漆中使用光澤低的固化劑，這樣就可以避免使用大量的消光粉，從而提高漆膜的透明度。在亮光漆中使用能提高光澤的固化劑，可以避免因固化劑產(chǎn)生的消光現(xiàn)象。

(2) 耐沾污性能的影響

在雙組分水性涂料中，耐沾污性能是一個(gè)重要指標(biāo)，

能直接反映交聯(lián)密度的好壞。當(dāng)然一般情況下我們可以通過(guò)提高固化劑的用量，即提高—NCO與—OH比值來(lái)實(shí)現(xiàn)好的耐沾污性。不過(guò)不同的固化劑在相同用量下，其制備的漆膜耐沾污性能差別也很大，所以需要對(duì)此項(xiàng)做驗(yàn)證。一般情況下副反應(yīng)少的固化劑（也是活化期較長(zhǎng)的），由于大部分的—NCO與—OH 反應(yīng)，產(chǎn)生更為致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而提高耐介質(zhì)和污染物性能。

二、固化劑的調(diào)稀使用
由于當(dāng)前的水性異氰酸酯固化劑本身黏度較高及與水性樹(shù)脂混合時(shí)不易攪拌均勻，在調(diào)漆與施工時(shí)很不方便。為了方便施工，需將水性異氰酸酯用溶劑稀釋到一定的濃度。在選擇稀釋溶劑時(shí)，要注意以下幾方面：
(1) 溶劑不能含有能夠與—NCO 基反應(yīng)的基團(tuán)；
(2) 溶劑對(duì)—NCO基的反應(yīng)性沒(méi)有影響；
(3) 溶劑對(duì)主劑穩(wěn)定性及施工的影響。

1、選擇合適的稀釋溶劑

一般選擇醚酯類(lèi)溶劑，其特點(diǎn)是氣味和毒性小，能溶解水性異氰酸酯，且在水中有較高的溶解度。可供選擇的有丙二醇甲醚乙酸酯(PMA)及一些常用的水性木器漆成膜助劑，如丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚等。醚類(lèi)溶劑對(duì)水性樹(shù)脂與水性異氰酸酯混合后的膠化時(shí)間有較大的影響。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其對(duì)涂膜的光澤、表面效果和硬度也有較大影響?？赡苁敲杨?lèi)溶劑在水中容易水解，產(chǎn)生游離的酸和醇，會(huì)與NCO基反應(yīng)，從而影響漆膜的性能。故在稀釋水性異氰酸酯時(shí)應(yīng)選擇與水相容性較好的酯類(lèi)溶劑，且沸點(diǎn)越低越好，目前常用的稀釋劑有PMA、DMM等，但由于PMA價(jià)格相對(duì)便宜且比較常見(jiàn)，故選擇PMA作水性異氰酸酯稀釋劑的最多。

2、選擇合適的濃度
不同的稀釋濃度對(duì)于固化劑的穩(wěn)定性、漆膜性能以及分散性都有很大的影響?；驹囼?yàn)方式是，把調(diào)稀成不同濃度的固化劑放入50℃的烘箱中1周，觀察其是否結(jié)塊和黏度的變化，來(lái)測(cè)試其穩(wěn)定性能。然后分別制板，觀察其光澤和是否泛白，來(lái)測(cè)試其漆膜性能和易分散性。

稀釋濃度越小分散性能越好，而穩(wěn)定性能差。稀釋濃度越大，分散性能就變差，但是穩(wěn)定能好這個(gè)比較好理解?？偨Y(jié)一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)稀釋濃度為60％時(shí)，綜合性能比較好。

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