水性雙組分聚氨酯涂料以水為分散介質(zhì)，很大限度地減少了VOCs的排放，同時(shí)保持了溶劑型雙組分聚氨酯涂料優(yōu)秀的施工工藝、裝飾外觀、物理力學(xué)性能和耐化學(xué)品性能，成為當(dāng)前涂料研究的熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
水性雙組分聚氨酯涂料的成分
雙組分交聯(lián)型水性聚氨酯涂料，即涂料分為兩個(gè)組分：其一為水性多元醇組分;另一為水分散型異氰酸酯組分。
水性多元醇組分
按水性聚合物的膠體結(jié)構(gòu)，可將其分為兩大類:一類是水分散型多元醇，另一類是乳液型多元醇。水性聚氨酯多元醇的制備可采用傳統(tǒng)的水性聚氨酯分散體的制備方法，但在聚合物的親水基團(tuán)中，應(yīng)該有更多的羥基，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上滿足雙組分涂料的反應(yīng)要求。常用的方法是預(yù)聚體法和丙酮法。
雙組分水性聚氨酯涂料與雙組分溶劑型聚氨酯涂料相比, 其多元醇具有良好的分散性, 能促使未改性、憎水的多異氰酸酯固化劑在水中穩(wěn)定地分散。按照制備方法的不同, 水性多元醇體系可分為乳液型多元醇和分散體型多元醇。
乳液型多元醇
很早采用的多元醇為乳液型多元醇, 它是通過(guò)乳液聚合得到的具有多種結(jié)構(gòu)的丙烯酸多元醇乳膠。其用于雙組分體系的優(yōu)勢(shì)是聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量大, 涂膜在室溫下干燥速度快;缺陷是它對(duì)未改性多異氰酸酯固化劑分散性較差, 導(dǎo)致涂膜外觀較差, 且適用期短。
分散體型多元醇
為了改善多元醇體系對(duì)多異氰酸酯固化劑的水分散性, 提高雙組分水性聚氨酯涂料的性能, 可采用分散體型多元醇, 也稱第二代水性羥基樹(shù)脂, 目前這方面的研究較多。該多元醇樹(shù)脂首先在有機(jī)溶劑中合成得到, 其分子結(jié)構(gòu)中含有親水可電離基團(tuán)或親水非離子鏈段, 然后將該樹(shù)脂或溶液分散在水中得到分散體型多元醇。其特點(diǎn)為相對(duì)分子質(zhì)量低, 分散體粒徑小(Dn =10 ～ 200 nm), 對(duì)固化劑分散性優(yōu)越, 形成的涂膜外觀好, 綜合性能優(yōu)異。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同, 它可分為丙烯酸多元醇分散體、聚氨酯多元醇分散體和聚酯多元醇分散體等。
丙烯酸多元醇分散體
與丙烯酸多元醇乳膠相比, 丙烯酸多元醇分散體具有較低的相對(duì)分子質(zhì)量(Mw = 2 000 ～10 000) , 較高的羥基官能度, 較小的粒徑, 對(duì)固化劑分散性好, 涂膜交聯(lián)度高, 具有優(yōu)異的綜合性能, 但是涂膜干燥速度較前者慢。
聚氨酯多元醇分散體
聚氨酯分散體本身是一類高性能的膠黏劑。用它配制雙組分水性涂料, 涂膜外觀好, 具有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐化學(xué)品性和耐磨性。并且可以根據(jù)實(shí)際需要, 通過(guò)調(diào)整氨基甲酸酯的濃度來(lái)確定涂膜性能。制備聚氨酯分散體大多使用脂肪族異氰酸酯,其保色性和耐候性優(yōu)于芳香族異氰酸酯, 而且與水的反應(yīng)活性也遠(yuǎn)小于芳香族異氰酸酯。1 , 6 -己二異氰酸酯(HDI)、異佛二酮二異氰酸酯(IPDI)和氫化二苯基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)是目前研究者使用最多的三類脂肪族異氰酸酯。
聚酯多元醇分散體
聚酯多元醇分散體配制的雙組分涂料具有流動(dòng)性好, 對(duì)顏料潤(rùn)濕性強(qiáng), 涂膜光澤度高等優(yōu)點(diǎn)。但此類分散體配制的涂膜最大的缺陷為耐水解性差。這是因?yàn)榫埘ザ嘣嫉孽ユI容易水解, 這將會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈斷裂, 進(jìn)而影響涂膜性能?？煽紤]將丙烯酸聚合物接枝到聚酯分子鏈上, 制備聚酯-丙烯酸復(fù)合多元醇分散體, 以提高聚酯鏈的耐水解性。該多元醇復(fù)合體系配制的雙組分涂料將聚酯的軟鏈段和丙烯酸樹(shù)脂的硬鏈段有機(jī)結(jié)合在一起, 有利于涂膜硬度和柔韌性的改善。
水性雙組分聚氨酯涂料最新發(fā)展方向
01納米雜化技術(shù)
將納米粒子(如石墨烯、銀、磷、鈉、硅、鋅、鈦等)引入水性雙組分聚氨酯涂料體系中，能顯著地提升涂膜的某型功能，如耐熱性、防腐性、抗菌性、助燃性、耐化學(xué)品性、耐腐蝕性、機(jī)械強(qiáng)度等。
02樹(shù)脂超支化技術(shù)
超支化樹(shù)脂呈現(xiàn)三維分子結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的線性結(jié)構(gòu)樹(shù)脂相比，具有超高官能度、分子結(jié)構(gòu)緊湊、較少的鏈段纏繞等特點(diǎn)，其極高的反應(yīng)性和良好的流變性非常適合低溫烘烤或常溫自干的水性雙組分聚氨酯涂料體系。
03樹(shù)脂雜化技術(shù)
樹(shù)脂雜化技術(shù)是將不同類型的樹(shù)脂進(jìn)行雜化，生成兼具原樹(shù)脂優(yōu)點(diǎn)的新樹(shù)脂，滿足更廣泛的應(yīng)用需求。
水性雙組分聚氨酯涂料兼具環(huán)保和高性能的特點(diǎn)，作為最重要的環(huán)保型涂料，近十年來(lái)，無(wú)論是原材料的更新和配方的涉及，還是涂料的生產(chǎn)和施工的工藝，都取得了巨大的進(jìn)步，得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，成為環(huán)保涂料的發(fā)展趨勢(shì)。
由于水性涂料配方設(shè)計(jì)復(fù)雜，水性涂裝施工難度大，水性市場(chǎng)規(guī)模尚未成熟，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚待規(guī)范等客觀原因，決定了水性雙組分聚氨酯涂料還有很長(zhǎng)的路要走。