4.4　雙組分水性聚氨酯樹脂的制備原理及應(yīng)用實(shí)例

4.4.1　雙組分水性聚氨酯的特性

目前大多數(shù)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(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)為了滿足高強(qiáng)度的需要，常采用對(duì)單組分水性涂料的涂膜進(jìn)行烘烤等后處理，以提高膜的交聯(lián)度。由于這些后處理使得其應(yīng)用范圍受到很大的限制，所以現(xiàn)在對(duì)水性雙組分聚氨酯涂料的開發(fā)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(guān)鍵的，所以直至20世紀(jì)80年代末期，人們?nèi)匀徽J(rèn)為生產(chǎn)水性雙組分聚氨酯是不可能的，水與固化劑的副反應(yīng)看起來是不可逾越的障礙。因?yàn)楫?dāng)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(tuán)會(huì)與水反應(yīng)產(chǎn)生胺，在涂膜形成過程中還會(huì)進(jìn)一步與異氰酸酯反應(yīng)生成聚脲，消耗大量的NCO基團(tuán)。雙組分水性聚氨酯在20世紀(jì)90年代進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用研究階段，是因?yàn)镴acobs^[14]成功開發(fā)出一種能分散于水的多異氰酸酯固化劑。2000年該項(xiàng)目在美國獲得了“綠色化學(xué)總統(tǒng)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”。此后的一段時(shí)間，國外涌現(xiàn)了大批關(guān)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(lián)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(xué)性能，耐化學(xué)品性能和耐候性等，其VOC含量相當(dāng)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(yīng)用于汽車面漆、汽車修補(bǔ)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(yīng)用于塑料涂料、工業(yè)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(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)銷售，包括Bayer、OECE、Miles和Rodia等公司的產(chǎn)品。國內(nèi)不少大專院校、科研單位和企業(yè)也己開展雙組分水性聚氨酯涂料的研究^[19-21]。20世紀(jì)90年代以來，對(duì)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(chǔ)理論的研究上，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，雙組分水性聚氨酯涂料的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)成功用于市場(chǎng)。其中，木器漆是雙組分水性聚氨酯涂料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。

水性雙組分聚氨酯制備的理論基礎(chǔ)是^[22]：雖然水是過量的，但異氰酸根與水的反應(yīng)速度要小于水的蒸發(fā)速度，涂裝后大部分水迅速揮發(fā)，漆膜中以異氰酸根與羥基的反應(yīng)為主。對(duì)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(nèi)揮發(fā)，多異氰酸酯粒子和多元醇粒子發(fā)生融合、交聯(lián)，涂膜變?yōu)橥该鳌楸ＷC羥基完全反應(yīng)，彌補(bǔ)與水反應(yīng)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(shí)間、使用期限等）、黏合性能（除了對(duì)一些熱塑性塑料的附著力稍差外，對(duì)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(xué)性能（如漆膜的外觀、光澤、硬度、耐磨性、沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)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(jī)溶劑，揮發(fā)性有機(jī)化合物質(zhì)量濃度不超過9.07×10^-6 kg /L，對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染^[23]。