4.4　雙組分水性聚氨酯樹脂的制備原理及應用實例

4.4.1　雙組分水性聚氨酯的特性

目前大多數水性聚氨酯是單組分聚氨酯。由于單組分水性聚氨酯涂料的涂膜性能不夠理想，且實際應用中，有時為了滿足高強度的需要，常采用對單組分水性涂料的涂膜進行烘烤等后處理，以提高膜的交聯度。由于這些后處理使得其應用范圍受到很大的限制，所以現在對水性雙組分聚氨酯涂料的開發與研究已變得十分活躍。

在溶劑型雙組分聚氨酯體系中，使體系不含水是非常關鍵的，所以直至20世紀80年代末期，人們仍然認為生產水性雙組分聚氨酯是不可能的，水與固化劑的副反應看起來是不可逾越的障礙。因為當羥基聚合物水分散體與乳化的異氰酸酯混合后，異氰酸酯基團會與水反應產生胺，在涂膜形成過程中還會進一步與異氰酸酯反應生成聚脲，消耗大量的NCO基團。雙組分水性聚氨酯在20世紀90年代進入實際應用研究階段，是因為Jacobs^[14]成功開發出一種能分散于水的多異氰酸酯固化劑。2000年該項目在美國獲得了“綠色化學總統挑戰獎”。此后的一段時間，國外涌現了大批關于水性雙組分用聚異氰酸酯的專利^[15]。以脂肪族多異氰酸酯為交聯劑的新型雙組分水性聚氨酯涂料，涂膜外觀好，光澤度高，具有良好的力學性能，耐化學品性能和耐候性等，其VOC含量相當于溶劑型雙組分聚氨酯涂料的15%^[16]，可取代溶劑型雙組分聚氨酯涂料，廣泛應用于汽車面漆、汽車修補漆、木器涂料以及皮革涂飾劑等。此外，雙組分水性聚氨酯涂料還能應用于塑料涂料、工業涂料和防腐涂料等，滿足不同的性能要求^[16-18]。目前國外已有親水改性固化劑產品在國內市場銷售，包括Bayer、OECE、Miles和Rodia等公司的產品。國內不少大專院校、科研單位和企業也己開展雙組分水性聚氨酯涂料的研究^[19-21]。20世紀90年代以來，對水性雙組分聚氨酯的研究主要集中在雙組分水性聚氨酯的合成及其基礎理論的研究上，經過十幾年的發展，雙組分水性聚氨酯涂料的相關產品已經成功用于市場。其中，木器漆是雙組分水性聚氨酯涂料的重要應用領域之一。

水性雙組分聚氨酯制備的理論基礎是^[22]：雖然水是過量的，但異氰酸根與水的反應速度要小于水的蒸發速度，涂裝后大部分水迅速揮發，漆膜中以異氰酸根與羥基的反應為主。對于清漆而言，涂裝后涂層為不透明的白色，不同厚度涂層的水分可在20～60 min內揮發，多異氰酸酯粒子和多元醇粒子發生融合、交聯，涂膜變為透明。為保證羥基完全反應，彌補與水反應所消耗的多異氰酸酯，通常使用過量多異氰酸酯（NCO/OH比率為1.5～3）。

水性雙組分聚氨酯涂料的操作工藝性（如成膜方式、干燥時間、使用期限等）、黏合性能（除了對一些熱塑性塑料的附著力稍差外，對混凝土、木材、不飽和聚酯塑料、硬聚氨酯泡沫塑料、鋼板、鍍鋅銅板和鍍鉻鋁材等都有極好的附著力）和力學性能（如漆膜的外觀、光澤、硬度、耐磨性、沖擊強度和拉伸強度）等可以與溶劑型雙組分聚氨酯涂料相媲美，更為重要的是它以水替代有機溶劑，揮發性有機化合物質量濃度不超過9.07×10^-6 kg /L，對環境幾乎沒有污染^[23]。