交联剂对水性双组分聚氨酯
漆性能的影响

□ 陈鹏,刘建明(北京金汇利应用化工制品有限公司研究中心, 100044)

文摘: 本文使用水性聚酯分散体同多种异氰酸酯交联剂配合制备木器用双组分聚氨酯漆, 试验得出了水性聚酯同各种交联剂的混合粘度特性, 同时分析了交联剂对水性2KPU早期硬度和最终漆膜性能的影响。
关键词: 水性, 双组分聚氨酯, 木器漆, 多异氰酸酯, 交联剂
Abstract: This article described the dispersion behavior and dry film properties of 2KPU wood coating by using waterborne polyester with different types of aliphatic polyisocyanates.
Key words: waterborne, 2KPU, wood coating, polyisocyanate, polyurethane

　　前 言

　　双组分聚氨酯漆以优异的耐久性和耐候性而著称。它高品质的耐酸性、高光泽、耐污性和抗划伤性使其成为许多用途的优先选择。油漆厂经常依赖这一体系来满足客户的不同要求1。
　　但是随着新环保法规的出台, VOC值、TDI含量正在逐渐地受到政府行为的限制, 传统的双组分聚氨酯木器漆体系需调整配方来满足政府法规的要求。今年我国会实行新的家装木器漆法规, 油漆中VOC排放总量将受到该法规的限制。为了降低VOC值, 生产厂家已经对水性化的双组分聚氨酯漆产生了越来越浓厚的兴趣2。
　　由于在水性双组分聚氨酯漆中多异氰酸酯的性质在很大程度上影响成漆和漆膜的诸多特性, 因此不同的用途选择不同的多异氰酸酯交联剂就显得十分重要。本文针对这一问题研究了交联剂对水性双组分漆的稀释过程和漆膜性能的影响。

　　试验材料

　　本文使用水分散型聚酯树脂乳液和脂肪族异氰酸酯交联剂来进行试验。聚酯为自制的水分散型树脂乳液, 交联剂均为市售脂肪族多异氰酸酯交联剂。交联剂有经过亲水改性的产品, 也有未经改性的传统溶剂型交联剂。它们的各项技术指标如下:

　　 1. 水性聚酯树脂乳液
　　　　牌号: HD-DP082
　　　　粘度: 250 mPa.s
　　　　不挥发分: 35.0 %
　　　　pH: 7.0
　　　　羟值: 130 mgKOH/g 固体树脂
　　　　酸值: 30 mgKOH/g固体树脂
　　　　生产者: 自制

　　 2. 多异氰酸酯交联剂
　　　　1) AQ210: 水性多聚HDI改性交联剂, 日本NPU公司出品
　　　　2) 2336: 水性多聚HDI改性交联剂, 德国Bayer公司出品
　　　　3) 2102: 水性多聚HDI系改性交联剂, 法国Rhodia公司出品
　　　　3) 3300: HDI三聚体, Bayer公司出品

　　以上各种交联剂的技术指标见表-1。
　　表-1

　　备注: 1. 以上数据由供应商提供

　　3. 交联剂NCO的相对含量
　　以HDI三聚体的NCO百分含量100计, 交联剂的相对NCO含量如图-1所示。

　　试验方法

　　由于交联剂的粘度较大, 直接分散在水中比较困难, 因此试验时交联剂均稀释到85%浓度, 溶剂使用丙二醇甲醚醋酸酯。

　　聚酯乳液成漆(A组分)后同交联剂(B组分)的混合使用。

　　试验用清漆配方:

　　将A组分和B组分按照4: 1的重量比混合。将两组分充分混合均匀后逐步加水调稀, 并用涂4杯测定其粘度值随加水量的变化。

　　漆膜的硬度使用双摆杆硬度计进行测量。最终的漆膜性能按照<<HG2454-93聚氨酯清漆分装>>标准检测。

　　试验结果

　　1. 水性双组分漆的稀释特性
　　按照上述的方法进行实验得到成漆固体分和粘度的关系曲线。试验数据见图2。

　　从图-2中可以看出, 要将成漆稀释至一定的固体分时使用2336粘度最大, 使用3300的粘度最低。在固含28%时用2336成漆的粘度比用2102成漆粘度高100秒。从交联剂的NCO含量来看，可能的原因是2336的亲水改性深度要比其它的品种多的缘故，造成其亲水性过强粘度大，而三聚体则未作亲水改性体系的整体粘度较低。

　　如图-3所示, 如果施工是在40秒的条件下进行使用2336成漆的加水量为原漆量的80%, 而使用2102成漆的加水量为原漆的45%。这样在同样的施工粘度下使用2102成漆的固体分要高于用2336的成漆固体分。而水性双组分漆在施工时固体分越高漆膜的丰满度越高，一次涂刷的干膜厚度也高。

　　2. 双组分漆的干燥和漆膜硬度
　　硬度试验结果如图-4和图-5。
　　在图-4中, 组分A加入了二月桂酸二丁基锡作为催化剂, 金属锡加入量为0.018g/100g A组分。在加入催化剂之前首先将催化剂用丙二醇甲醚醋酸酯将二月桂酸二丁基锡稀释至10%的浓度, 然后再按量加入。纯二月桂酸二丁基锡的金属锡含量为18%。
　　漆膜的固化条件为室温20℃, 相对湿度35%。

　　在图-5中, 比较了使用和不用催化剂二月桂酸二丁基锡时，使用交联剂2102制成漆膜的硬度增长曲线。

　　在以上两张图中可以看出, 不同的交联剂其漆膜的硬度增长有较大的差别, 高NCO含量的2102其硬度增长较2336要快的多。

　　在体系中加入有机锡催化剂能显著提高漆膜的早期硬度。从图-5中可以看出加入金属锡类催化剂时, 漆膜的早期硬度成长较没有催化剂时要快。

　　3. 水性双组分聚氨酯的漆膜性能

　　水性双组分漆膜的最终性能确认是按照标准<<HG2454-93聚氨酯清漆分装>>检测的, 检测结果见表-2。

　　表-2

　　结论

　　1. 稀释后的交联剂同水混合容易, 混合过程无需高速分散设备。
　　2. 交联剂亲水改性程度越深, 双组分混合漆的成漆粘度也越大。
　　3. 用亲水改性后的交联剂制成的产品, 其漆膜硬度比用未改性交联剂的漆膜硬度低, 改性越多硬度越低。
　　4. 水性双组分聚氨酯漆中加入催化剂能显著缩短漆膜的实干时间。