拜耳公司在 20 世紀 90 年代申請了雙組分水性聚氨酯的專利，并開始持續(xù)開發(fā)高性能和更易施工的原材料。目前，雙組分聚氨酯涂料的性能已經(jīng)和溶劑型雙組分聚氨酯涂料相媲美，在歐美的汽車涂料市場已經(jīng)占有一定的市場份額。低溫烘烤型水性雙組分聚氨酯涂料主要是基于水性含羥基丙烯酸樹脂，水性含羥基聚酯樹脂和水可分散多異氰酸酯樹脂。

1. 水性含羥基樹脂

      水性含羥基樹脂是通過相應(yīng)的單體在合適的溶劑中聚合而制得，然后將中和胺和水加入到該溶劑中，形成分散體。

2. 水可分散多異氰酸酯

      在雙組分水性聚氨酯體系中，需要使用水可分散的多異氰酸酯。目前，水可分散的多異氰酸酯有兩種類型：(1) 疏水性低黏度的多異氰酸酯；(2) 親水改性的自乳化的多異氰酸酯。

(1) 疏水性低黏度的多異氰酸酯

      疏水性低黏度的多異氰酸酯也是由二異氰酸酯經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成的。疏水性低黏度的多異氰酸酯的產(chǎn)品有脲二酮多異氰酸酯、脲基甲酸鹽多異氰酸酯、異構(gòu)化三聚體和三聚體。它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖 1。

      然而低黏度疏水性多異氰酸酯，必須要伴隨著使用合適的有機共溶劑，并在高剪切力(如使用攪拌或分散設(shè)備)下，才能分散在水分散體中。它們在手攪拌和高速分散條件下的分散情況見圖 2。

(2) 親水改性的自乳化的多異氰酸酯

      親水改性的 HDI 型多異氰脲酸酯乳化劑(理想結(jié)構(gòu))見式(1)~(3)。親水改性的自乳化的多異氰酸酯是由多異氰酸酯經(jīng)過親水改性而得到的。脂肪族多異氰酸酯如 HDI 或IPDI 三聚體，與聚醚醇簡單反應(yīng)，生成含有聚醚氨基甲酸酯型非離子性乳化劑的多異氰酸酯混合物見式(1)結(jié)構(gòu)。這樣，親水改性的多異氰酸酯易于用手乳化于水中，而勿需施加高剪切力。

      然而，通過用聚醚醇進行氨基甲酸酯化，進行多異氰酸酯的化學(xué)親水改性，常導(dǎo)致異氰酸酯平均官能度降低，因而得到的漆膜具有較低的交聯(lián)密度，使其具有較低的耐化學(xué)品性。一個改進的方法是每個親水聚醚醇與兩個多異氰酸酯分子交聯(lián)反應(yīng)，見式(2)乳化劑結(jié)構(gòu)，這樣可以提高多異氰酸酯官能度。而少量聚醚醇足以使這些產(chǎn)品達到規(guī)定的分散性，含有聚醚脲基甲酸酯乳化劑的親水改性多異氰酸酯產(chǎn)生的漆膜，與上述由標準型交聯(lián)劑得到的漆膜相比，具有更好的耐水性和耐化學(xué)品性。

      

      盡管聚醚改性的多異氰酸酯的應(yīng)用已被廣闊市場接受，但它們被用作水性雙組分聚氨酯涂料的交聯(lián)劑時，需要較高聚醚含量，才能確保足夠的分散性，這就導(dǎo)致相當(dāng)長的干燥時間，且賦予涂料的漆較強的親水性。正是由于這些原因，聚醚醇改性多異氰酸酯用于要求高抗耐性能的應(yīng)用稍嫌不足(如在汽車底漆或防涂鴉涂料中的應(yīng)用)。這點可通過特殊離子化改性多異氰酸酯的開發(fā)而得以克服。

      脂肪族多異氰酸酯與 3-(環(huán)己胺基)-1-丙烷磺酸(CAPS)，在溫和條件和叔胺中和劑存在下反應(yīng)，可以得到磺酸鹽改性的多異氰酸酯交聯(lián)劑，見式(3)結(jié)構(gòu)。

      CAPS 改性的多異氰酸酯具有很好的貯存穩(wěn)定性，即使含有較少的磺酸鹽基團時，也可在水中得到分散很好的乳液。已經(jīng)有很多市場化的產(chǎn)品，可用于各種環(huán)境友好的高質(zhì)量水性雙組分聚氨酯涂料配方中，這些涂料在干燥、固化和化學(xué)耐性方面，完全可以達到溶劑型涂料的性能。如果新法規(guī)要求進一步降低 VOC，將來這些交聯(lián)劑用量必將大增，因與溶劑型涂料相比，它們不會導(dǎo)致漆膜質(zhì)量下降。

      而采用親水改性的多異氰酸酯，借助簡單的手動攪拌，即可獲得不含共溶劑的基料與交聯(lián)劑的均勻混合物。它們的分散情況見圖 3。

3. 水性雙組分低溫烘烤型聚氨酯涂料的性能

      水性雙組分聚氨酯涂料主要用于不能高溫烘烤的大型交通工具，比如公共汽車、重卡等。這些車輛對涂料的防腐性、耐候性、耐化學(xué)品性、硬度和外觀等都有非常高的要求。下面的一些測試基于拜耳公司的 Bayhydrol A 系列羥基丙烯酸樹脂和Bayhydur 系列水可分散多異氰酸酯原材料，主要測試雙組分水性聚氨酯底漆和雙組分水性面漆的性能。表 1 列出了雙組分水性聚氨酯底漆的性能，實驗條件 GB/T 9278，表 2 列出了雙組分水性聚氨酯白色面漆的性能。

4. 低溫烘烤型水性雙組分聚氨酯涂料的應(yīng)用

      目前的水性雙組分聚氨酯涂料的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，性能和雙組分溶劑型聚氨酯涂料接近，可以達到車用涂料的要求。水性雙組分聚氨酯涂料在歐美占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~，在中國已經(jīng)有商業(yè)化的產(chǎn)品出現(xiàn)。但是必須認識到，水性雙組分聚氨酯涂料的施工要比溶劑型雙組分聚氨酯涂料要苛刻。

5. 結(jié)語

      相對于溶劑型聚氨酯涂料，水性聚氨酯涂料的 VOC 可以降低 70%以上。水性聚氨酯涂料完全可以滿足車用涂料的要求，根據(jù)施工工藝和性能的要求，可以選用高溫烘烤型單組分聚氨酯涂料或者低溫烘烤型水性雙組分聚氨酯涂料作為環(huán)保型汽車涂料來進行涂裝。

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