聚氨酯涂料是汽车外观应用中性能、美观和低温固化特性的首选技术。双组分聚氨酯涂料由于其独特的化学性质，具有固有的自修复性，并且它们提供了许多固有的优势，可以满足客户和市场的要求。这些优势包括:
·反应活性高，交联充分，即使在低温固化;
·良好的耐化学性和耐候性;
·由于聚氨酯和尿素结构的硬度、韧性和弹性;
·氢键，允许热塑性流动，以缓解压力，并允许缺陷的自我修复;
·底漆兼容性;
·高固相/低VOC;而且
·令人愉悦的光学特性——高光泽或“湿润外观”。
当今涂料市场产品开发的三个主要驱动力是环境、效率和质量。更严格的环境法规鼓励配方商开发固体含量更高、挥发性有机化合物更少的涂料。为了抵消原材料成本的上涨，需要提高涂料工艺的效率，这导致了更快的固188金宝搏bet官网化系统和减少涂料层。质量是一个重要的要求，因为客户期望高水平的性能，特别是在划伤和耐化学性方面。
新一代聚氨酯原料，生产柔性，但高度交联，聚氨酯涂料已经开发出来，以满足这些188金宝搏bet官网市场驱动因素。
聚氨酯涂料:透明涂料
OEM聚氨酯清漆是由异氰酸酯与丙烯酸多元醇反应形成的。OEM烘烤条件为130-140°C，持续约30分钟，但反应也发生在较低的温度下，这意味着涂层对欠烤条件不敏感。聚氨酯清漆可用于多种类型的底漆，并可配制为高固体和低VOC。聚氨酯结构使涂层具有良好的耐化学性和耐候性，以及硬度、韧性和弹性。聚氨酯化学的一个独特之处在于氢键作为额外的交联，但也允许热塑性流动来缓解压力，并使缺陷能够自我修复。
聚氨酯涂料的基本结构是一段以多元醇为基础的软段，它使涂料具有灵活性和弹性(图1)。还有一段硬段具有高聚氨酯密度，这使涂料具有硬度和韧性。聚氨酯涂料的性能是由配方中所用原料的组合决定的。188金宝搏bet官网多异氰酸酯可用于双组分体系或单组分(封闭)体系。多元醇是羟基功能材料，如丙烯酸酯、聚酯和聚醚。188金宝搏bet官网
实现自我修复:理论
划痕主要有两类——划痕变形和断裂划痕(图2)。划痕变形的例子包括洗车划痕或任何其他不会导致划痕槽变白(断裂)，但仍会使透明涂层塑性变形的变形事件。当加热到足够的温度时，这种类型可以回流。另一方面，钥匙划伤是骨折划伤的一个例子。这种损伤不能通过将透明涂层暴露在高温下来逆转。为了创建一个有可能从划痕中恢复的聚氨酯体系，在保持较低的玻璃化转变温度(Tg)的同时，增加了交联密度。(Tg是无定形固体(如聚合物)变软并开始回流的温度。)由于聚氨酯系统的灵活性，当涂层受损时，化学键会被拉伸，但实际上并没有断裂。当加热时，比如汽车在阳光下曝晒时，化学键会恢复到原来的形状。
实现自我治愈——在实践中
拜耳材料科学188金宝搏bet官网公司开发了一种新的原材料，用于制造具有自愈合性能的柔性高交联聚氨酯涂料。福特公司使用纳米划痕测试仪(NST)对这些自修复透明涂层进行了测试，通过该测试仪，钻石触控笔随着负载的增加从左向右拉。根据NST产生的划痕剖面测量了断裂力和损伤变形值。在本试验中，采用丙烯酸三聚氰胺硅烷体系作为对照。NST的结果表明，聚氨酯体系断裂所承受的力是对照的3倍。福特还使用了内部的宏刮刮机，配备了四个不同尺寸的尖端，从27微米到460微米不等。使用恒定载荷对每个划痕尖端尺寸进行一系列划痕。图4所示的划痕是用460微米划痕尖端在39牛顿恒定负载和1毫米/秒划痕速度下造成的。想象一个犁在做一个槽。在左侧视图中可以清楚地看到槽，但在回流流之后，槽深度和能见度显著降低。对于对照样品，槽深度的降低没有那么明显(图5)。
应用实例
在汽车修补漆、OEM和塑料清漆的例子上进行了实验室测试，以证明新型聚氨酯原材料支持提高抗刮擦性的理论。188金宝搏bet官网汽车修补
一个汽车修补系统通过10个周期的Amtec kisstler洗车。洗车测试后，测量保光泽度;然后在60℃下加热2小时，再次测量其保光泽度。
使用基于聚丙烯酸酯多元醇(PAC 1)和低粘度三聚体的拜耳修补配方作为对照。将此对照与使用高功能异异phanate/三聚体与相同聚丙烯酸酯反应的配方进行比较。它还与基于异异phanate/三聚体和商业聚丙烯酸酯(PAC 2)的第二种配方进行了比较。
当用异异phanate/三聚体取代控制配方中使用的低粘度三聚体时，初始抗划伤性的改善超过25%。PAC 2与新的异异phanate/三聚体一起，将初始抗划伤性提高了近40%。虽然对照清漆具有自修复能力，其光泽度提高了20%多一点，但基于对照多元醇的新型交联剂的清漆回收率比对照的初始光泽度提高了40%以上，而使用商用多元醇的清漆回收率比对照的初始光泽度提高了50%以上。
OEM实验确定
抗损伤性和自愈合效果也使用汽车OEM清漆进行了测试。在这种情况下，透明涂层是使用福特克罗克表法和抛光纸划伤的。对照是基于丙烯酸多元醇(PAC 3)和传统HDI三聚体的拜耳指导配方。
测试的组合包括PAC 3与新型异异phanate三聚体，优化的聚丙烯酸多元醇(PAC 4)/聚碳酸酯二醇与传统HDI三聚体的共混物，以及与高功能性异异phanate/三聚体的共混物。当将传统三聚体替换为异异phanate三聚体时，初始抗划伤性得到改善，当将PAC 3替换为二醇共混共反应物时，初始抗划伤性进一步提高。
与PAC - 4/PC -二醇共反应物相结合，保光泽度最佳。在60°C下两个小时后的恢复几乎是磨损前的100%。
塑料实验确定
为塑料基板配制的汽车清漆也通过Amtec kisstler洗车装置。对照是基于聚酯多元醇(PES 1)和低粘度三聚体作为交联剂的拜耳指导配方。将这些结果与低粘度三聚体替换为异异phanate/三聚体的配方进行了比较。用高功能的异变体酸酯/三聚体代替低粘度三聚体后，初始划痕后的光泽度提高了20%左右，再流后的光泽度恢复到原始光泽度的95%左右。
用异异phanate/三聚体代替低粘度三聚体后，这些涂料的耐二甲苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯和丙酮的耐溶剂性显著提高。作为参考，与传统HDI三聚体交联的柔性聚酯具有优异的抗划伤性，但抗溶剂性非常差。新配方提供了一种具有优异抗划伤性和优异耐溶剂性的柔性薄膜。
结论
由于独特的化学性质，聚氨酯涂料具有固有的自修复性，拜耳材料科学开发的新原料增强了这一特性。188金宝搏bet官网这已经在汽车修补漆、OEM和塑料清漆的例子中得到了证明。例如，福特实验室的宏观划痕/轮廓测量测试结果表明，与对照组OEM清漆相比，聚氨酯体系具有更高的划痕深度恢复能力。此外，纳米划伤方法表明，聚氨酯体系的断裂力是OEM透明涂层的3倍。
基于这些结果，这显然是一项很有前途的技术，将继续在各种应用中获得动力，无论消费者希望保留所购买产品的初始质量和外观。
确认
马克·尼科尔斯(福特汽车公司);Patricia Jacobs和Myron Shaffer(拜耳材料科学);188金宝搏bet官网Markus Mechtel和Thomas Klimmasch(拜耳材料科学股份公司)188金宝搏bet官网。
