| PCI杂志2016-01-05 - 188bet搏金宝,188金宝搏bet官网

乳化液和环氧涂料被广泛应用于墙壁和地板涂料。随着对性能要求的不断提高，聚氨酯涂料也被用于高性能建筑涂料(HiPAC)的各种情况。双组份(2K)脂肪族聚氨酯涂料具有优异的耐候性、化学性、耐磨性和抗划伤性，坚韧而灵活。因此，他们制定了高性能墙壁和地板涂料的质量标准。然而，传统的聚氨酯涂料是溶剂型的，这可能会导致强烈的气味，高VOC排放和火灾/爆炸的危险，特别是在室内应用。通过2K水性聚氨酯和聚天冬氨酸技术，创新的涂料解决方案将满足高性能、环保和高效涂料的要求。

水性聚氨酯涂料用于地板和墙壁涂料。对于地坪涂料，它们是功能层(在许多情况下为无溶剂环氧树脂或聚氨酯)上的面漆，作为耐磨、耐化学腐蚀、耐风化等保护层。应用领域包括办公室、大厅、展厅、仓库、超市、学校、网球场、工业车间等。对于墙壁涂料，它是一种高性能的功能性面漆，可满足易于清洁、耐污渍、耐酸雨和防涂鸦的要求。应用领域包括食品加工厂、电子厂、学校、医院、地铁/火车站、厨房/浴室的内墙，以及需要易于清洁或防涂鸦品质的外墙。它们也可以用作灰泥，石材涂料，石材覆层，甚至裸露的混凝土保护的透明密封剂。

聚天冬氨酸涂料主要用于地坪涂料，作为无溶剂，快速恢复服务的解决方案。它们可以涂在底漆上或直接涂在预处理过的混凝土上。它们非常适合于车库/停车场，体育场的座椅支架，以及钢结构的防腐涂层。

2K水性聚氨酯的基本原理

反应

聚氨酯的反应通常发生在异氰酸酯(NCO)和多元醇(OH)之间，形成聚氨酯结构(图1)。异氰酸酯对水也很敏感。它首先与水反应生成胺并释放CO₂．然后，胺会立即与另一种异氰酸酯反应，形成尿素结构。图2为异氰酸酯与水的反应。

在2K聚氨酯涂料中，如果异氰酸酯能与水发生反应，我们如何将异氰酸酯放入水中呢?科学家发现，涂层中使用的脂肪族多异氰酸酯是疏水的，反应活性相对较低。当它与水混合时，异氰酸酯会在水中分离，在界面处发生的反应会产生聚脲阻挡层，这也会减少水对多异氰酸酯部分的渗透。因此，它在水中稳定数小时，这是足够的时间处理涂层在应用过程中。图3展示了水中的多异氰酸酯。

混合和成膜

与溶剂型聚氨酯涂料不同，将多异氰酸酯部分混合到多元醇分散体中成为三相系统。水为相干相，多元醇颗粒为分散相，分散的多异氰酸酯为第三相。如上所述，聚异氰酸酯微滴的表面会形成聚脲阻挡层，使其在分散中稳定数小时，有足够的时间进行处理。

2K水性聚氨酯的锅寿命也与传统的溶剂型聚氨酯不同，其中粘度增大。2K水性聚氨酯混合后粘度基本稳定，因为反应会在分散体的颗粒/液滴中发生，但不会影响相干相的流动。因此，2K水性聚氨酯的锅寿命不能由粘度变化来决定，而是由包括光泽度、雾霾、耐溶剂等性能变化来决定。图4显示了2K水性聚氨酯的混合情况。

混合后的三相分散体可采用多种应用方法，如喷涂、轧制等。然后开始成膜过程。第一步是物理干燥，包括水分蒸发和聚结。随着水的蒸发，颗粒之间的距离越来越近，直到它们最终连接在一起。边缘相互“融化”，聚合物分子就发生了扩散。多异氰酸酯仍然是液体，所以它可以渗透到多元醇中作为聚结剂/增塑剂，并发生化学反应。

当化学反应结束时，最终的薄膜形成。固化后的膜具有优异的耐化学性、耐划伤性和耐磨性，以及优异的耐候性。其性能与传统聚氨酯涂料相同，但在干燥过程中大幅减少了VOC的排放。

亲水聚异氰酸酯

为了获得良好的外观和预期的性能，多异氰酸酯应在三相体系中分散良好。疏水性多异氰酸酯需要特殊设备的高剪切速率，这在施工现场是没有的。因此，亲水多异氰酸酯已成为实现低剪切手工混合的理想溶液。在水中手工混合疏水和亲水多异氰酸酯的差异如图5所示。多异氰酸酯与水性多元醇混合不充分的后果是交联不完全和膜性能的显著恶化。

对于亲水硬化剂的生产，科思创更倾向于将乳化成分(内部乳化)化学结合到多异氰酸酯上。这种策略抑制了涂层中游离乳化剂的任何迁移倾向(外部乳化)，这可能导致耐水性问题(例如在冷凝测试中)，导致光泽度下降或起泡。图6比较了多异氰酸酯水解的两种可能性。

因此，亲水硬化剂可以通过反应产生，例如异氰尿酸酯与乳化剂分子，降低了多异氰酸酯的功能。图7显示了聚醚改性的一个例子。

功能的降低将影响涂层的最终性能。为了增加功能，在分子中引入了异变体酸结构，如图8所示。

氨基磺酸修饰的多异氰酸酯(图9)代表了亲水性多异氰酸酯交联剂的最新发展，进一步提高了薄膜的干燥性、硬度和耐化学性。此外，这些交联剂已被证明在涂鸦和家用耐化学性方面比聚醚改性类型具有显著优势，因此使它们成为水性透明漆和面漆的绝佳选择。

粘度也会影响分散性。多异氰酸酯粘度越低，越容易在体系中手工搅拌分散。表1列出了不同类型的亲水多异氰酸酯。AS3是最好的选择，粘度最低，性能最好。它可以很容易地以100%固体形式用手分散成多元醇分散体。

多元醇分散体的选择

聚丙烯酸酯多元醇分散体通常用于双组份水性聚氨酯涂料。初级分散体(乳液聚合物)和次级分散体是可以使用的两种类型的分散体。对于第一种，聚合是在水中进行的，使用外部表面活性剂来稳定聚合物颗粒。另一方面，二次分散体在溶剂中产生，然后在中和后分散。聚合物链上的羧酸基团稳定了分散，起到了内部表面活性剂的作用。

初级分散体以其高分子量和缺乏有机共溶剂而闻名。因此，它们是快速干燥涂料的理想配方，但不是高光泽的完成。由于它们的产生，次级分散体含有1%至8%的助溶剂含量。这种分散剂主要用于配制干燥速度相对较慢的高光涂料(表2)。

通过单独使用或组合使用聚丙烯酸酯分散体，可以调整宽广的外观和性能性能以满足各种要求。典型的哑光配方可以用A57或A46实现，有时可以与B46或B95混合以提高性能。不同的混合比例可以很容易地达到不同的性能。对于高光泽，例如，B46或B95可以使用。在某些情况下，如运动地板，需要更高的灵活性的系统。聚氨酯多元醇分散体也可以混合以满足这些要求。

NCO /哦,比

由于与水和其他反应基团的副反应，NCO与OH的比例不会像传统的2K聚氨酯那样为1:1。在2K水性聚氨酯体系中，反应需要更多的NCO。NCO/OH的比例通常控制在1.5~3.0:1，以确保所有OH基团都能反应。NCO/OH比值越高，最终性能越好，但由于未反应的多异氰酸酯会在薄膜中起到增塑剂的作用，会减缓干燥和硬度的发展。NCO/OH比值越高，成本也越高。因此，在大多数情况下，对于性能理想的双组份水性聚氨酯涂料，1.5~2.0:1是最具成本效益的NCO/OH比。

2K水性聚氨酯涂料性能研究

强硬但灵活

固化的2K水性聚氨酯膜含有氨基甲酸乙酯和尿素结构，可在分子间形成氢键。在外力作用下，它可以在另一个位置断裂并重新结合。这使坚硬和交联的薄膜具有灵活性。它还提供优异的耐磨性和抗划伤性。

防沾污性

2K水性聚氨酯地板和墙壁涂料可以抵抗常见的污渍，即使经过几天不同种类的清洁产品的污染。耐污性试验结果见表3。

抗沾污性能

交联2K水性聚氨酯不会在阳光下软化，所以它不会像普通乳液墙漆那样吸收污垢。此外，薄膜中的亲水性基团也会增加薄膜的亲水性，这使得雨水可以均匀地冲刷薄膜上的污垢。因此，该系统可获得优异的抗污垢性能(图10)。

真菌或藻类阻力

用于浴室或食品加工厂的涂料有很高的抗真菌要求。在这种情况下，可以在2K水性聚氨酯配方中使用杀菌剂和/或杀藻剂来提高性能。表4为1K乳液漆和2K水性聚氨酯漆在水浸2天、10天和20天后干膜中残留的杀菌剂和杀藻剂。

结果表明:2K水性聚氨酯交联膜在涂层的使用寿命内能保留较多的杀菌剂和杀藻剂。在恶劣条件下也会有更长的使用寿命。

耐热胎

对于停车场地坪涂料来说，耐热胎性是一个需要考虑的重要特性。热轮胎橡胶中的增塑剂会在压力下迁移到地板上，在地板上留下黑色的痕迹。为了模拟这种情况，我们放了一个4x4厘米²轮胎在60公斤的压力下在室温下工作1天，在50公斤下工作3天°C.然后我们检查了表面，看看轮胎印有多明显，以及它们是否可以通过酒精清洗轻易去除。图11为不同交联密度2K水性聚氨酯的测试结果。掺有B95和AS1的溶液2交联密度最高，抗热胎性能最佳。所有的痕迹都可以在酒精清洗后轻易去除。交联薄膜的高Tg确实有助于耐热轮胎。

与2K水性环氧树脂的比较

2K水性环氧涂料也广泛应用于地坪涂料和高性能内墙涂料。在这种情况下，2K水性聚氨酯的优势是什么，因为两者都是环保的?我们的比较结果如表5所示。

由于涂料的两种成分将由操作人员在现场进行混合，因此在应用过程中可能无法准确地遵循混合比例。为了模拟这一点，我们在混合过程中尝试了B部分减少20%和增加20%的容差。结果表明，不同配比对2K水性聚氨酯的性能影响不大。由于2K水性聚氨酯的NCO / OH比值通常为1.5，即使交联剂减少20%，也不会对OH基团的交联产生太大影响。交联剂越多，越能与水反应，性能越好。但是2K水性环氧树脂只会有环氧基和胺反应，所以如果B部分多或少，剩下的环氧树脂或胺相比正确的混合比例会导致性能下降。综上所述，2K水性聚氨酯具有以下优势:

较好的混合比容忍度;
易于混合;
更快的干燥;
更好的柔韧性和抗划伤性;
较好的耐酸性和耐候性。

功能涂料

利用2K水性聚氨酯的高性能，可以将其他功能特性与系统相结合。热反射率是这些特征之一。墙壁涂料中昂贵的热反射颜料可以降低建筑物的温度。高性能2K水性聚氨酯涂料，保持表面清洁，使用寿命更长，性价比更高。

电子工业要求洁净的房间有良好的控制，最小的灰尘;因此，需要导电内墙涂料。导电颜料还可以与2K水性聚氨酯涂料相结合，实现更长的导电性和使用寿命。

同样的概念，2K水性聚氨酯涂料也可以与抗菌剂相结合，实现长效抗菌涂料。

应用实例

外墙涂料

2K水性聚氨酯具有优异的耐候性和抗污性，是高性能外墙涂料的理想选择。一个案例是在中国重庆，那里的涂料是由亨普尔提供的。图12所示为住宅建筑，同时使用了2K水性聚氨酯涂料和乳化漆。经过几年的接触，可以看到明显的差异。使用2K水性聚氨酯的区域仍然很干净，但是使用乳胶漆的区域颜色很暗，有污迹。

具有较高质地的涂料(石漆，灰泥，多色)具有粗糙的表面，可能会容纳更多的污垢。因此，2K水性聚氨酯清漆将是一个很好的解决方案，以保护这种类型的表面，并提供良好的污垢和耐水性。

内墙涂料

优良的耐污性使2K水性聚氨酯涂料非常适合学校，儿童房间，食品储藏室等的内墙涂料。图13显示了台湾一所慈善学校的内墙，该学校采用了2K水性聚氨酯防涂鸦涂料。孩子们可以随意在墙上画画，之后可以为下一轮画画打扫干净。

这些高性能涂料还可用于浴室、厨房、医院、食品加工厂等，因为它们具有优异的抗真菌和防水性能，以及可能的抗菌性能。在另一个案例研究中，2K水性聚氨酯涂料应用于浴室的墙壁。经过7年的使用，在非常潮湿的条件下也没有起泡或真菌生长。

地板涂料

地坪涂料以环氧树脂为主。由于2K水性聚氨酯地坪涂料易于磨砂，耐刮擦，耐候性好，可以完美地作为环氧自流平，环氧砂浆和聚氨酯自流平涂料的面漆。

自流平水泥也很受欢迎。没有保护，污渍会渗入水泥。通常使用蜡或丙烯酸乳胶漆来密封表面，但保护期限相当短。基于初级分散体的2K水性聚氨酯透明密封剂可以提供长期的表面保护，而不会使水泥颜色变深。

运动地坪涂料要求具有高度的柔韧性，耐磨，耐划伤和防水，并具有防滑性能。通过结合高柔性聚氨酯多元醇分散体，最终性能可以满足这些要求。

聚天冬氨酸及其应用

另一类满足质量、环保和成本效益要求的粘合剂是聚天冬氨酸。

聚天冬氨酸基础知识

术语“天冬氨酸”是由天冬氨酸衍生的一类粘合剂的通称(图14)。天冬氨酸是通过二胺在马来酸二酯上的Michael加成制备的(图15)。

天冬氨酸是次生脂肪族二胺。空间位阻是由R的不同结构通过二胺建立到分子中，可以通过剩余R的选择来影响天冬氨酸与多异氰酸酯的反应性，从而使应用中重要的锅寿命和干燥时间参数在较大范围内进行特定调整。与传统的多胺相比，这是一个显著的优势，因为它们与多异氰酸酯的高度反应性限制了多胺的使用。

在实践中，目前使用了三种不同反应性的产品(表6)。这些产品可以相互混合，从而可以调整所需的干燥时间和锅寿命。

天冬氨酸与脂肪族多异氰酸酯反应形成所谓的聚天冬氨酸(图16)。术语“聚天冬氨酸”下文用于天冬氨酸与多异氰酸酯反应的产物。与传统聚氨酯相比，这些体系是耐候性的，因此主要用作面漆。仅推荐具有>3功能的多异氰酸酯，因为只有它们才能产生足够的网络密度。

聚天冬氨酸涂料的主要优点是可以显著提高应用过程的生产率，并可能具有非常低的VOC。与传统面漆相比，聚天冬氨酸涂层通过以下两种性能提高了生产率:

1).聚天冬氨酸涂层在室温下干燥速度明显更快。通常干燥时间在1.5小时到4小时之间。这可以更快地恢复服务。

2).聚天冬氨酸涂层可实现更高的膜厚，一次操作可达到400 μ m的干膜厚度。这减少了所需的涂层层数。

这两种优势的结合可以显著提高生产率。

建筑用聚天冬氨酸

聚天冬氨酸可用于建筑，实现高性能、高效率、低VOCs的地坪涂料和防水面漆。地坪涂料通常要求快速干燥(快速恢复使用)并且无溶剂。通过不同聚天冬氨酸树脂的组合，可以实现无溶剂，辊适用，快速固化地坪涂料。即使是在预处理过的混凝土上滚动一层，也可以达到足够厚的层来保护地板，并且在应用几个小时后可以步行。这是一个完美的解决方案，维护工作，包括停车场和车库。

这种具有优异耐候性的脂肪族体系也可用于外部涂料。佛罗里达州奥兰多的迪士尼世界体育场已经成功应用了该技术。经过多年的高人流量，涂层保持持久的光泽，易于清洁(图17)。

通过将高柔性ipdi基多异氰酸酯预聚体与传统HDI多异氰酸酯相结合，可以开发出一种耐候性、高伸长率和高抗拉强度的防水面漆。该涂料已成功应用于中国某高速铁路项目。