简介
PUD树脂于20世纪60年代末首次问世，并于20世纪70年代初实现商业化。这些水性PUD树脂由30%至50%重量的固体分散体组成，在连续的水相中填充聚氨酯胶束，已迅速发展成为工业维护市场中重要的一类聚氨酯树脂。
PUDs是完全反应的、分散在水中的高分子量聚氨酯聚合物。聚合物由聚氧亚烯烃、聚酯或聚碳酸酯二醇和双功能异氰酸酯制备，其水分散官能团(如羧酸)内置于异氰酸酯端部预聚物主链中。中和通常通过使用叔胺如三乙胺来实现。该聚合物在水中高速分散，产生超细、稳定的分散体。(¹)脂肪族聚酯基pud已成为工业养护涂料中最常用的类型。
以pud为基础的工业维护涂料应用广泛。它们结合了单组份产品的便利性、易用性、低毒和低voc含量，以及优异的性能性能，如良好的光泽和保色性、韧性、耐磨性、抗涂鸦性和耐化学性。
实验与讨论
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对PUD树脂进行着色
将颜料分散到极性系统中，如水性PUD，提出了独特的挑战。PUD树脂系统本身并不是实现高光泽整理所需分散程度的良好介质，因此确定和优化合适的分散剂是极其重要的。最初，在不同的使用水平下评估了五种不同的分散剂(表1)。一种好的分散剂必须与粘合剂和配方中的其他添加剂具有良好的相容性。它应该促进整体涂层的稳定性，颜色的发展，颜色的再现性和良好的磨光在白色的着色基础上。对于高光饰面，分散剂不仅必须提供良好的颜料润湿性，还必须提供适当的颜料脱絮凝和静电稳定性，以在20º和60º照明角度下实现高光泽。通过确定和优化合适的分散剂，新开发的产品达到了光泽>90 @ 60º和75 @ 20º，以及良好的颜色接受性和颜料稳定性。
合并和VOC合规性
与其他分散树脂一样，pud的成膜是通过分散树脂作为薄膜应用后的聚结来实现的。在过去，树脂制造商通常包括强聚结溶剂，如n-甲基吡咯烷酮(NMP)。现在，低voc、无nmp分散体已经为喜欢选择自己的助溶剂体系并开发低voc产品的涂料配方商提供了。然而，根据产品的性能要求，总能在最低VOC和最佳性能之间取得平衡。这种新型PUD面漆具有VOC <200 g/L的高性能。
颗粒大小和成膜
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PUD树脂由非常细的粒径分散体组成，典型的树脂固体占总分散体重量的30%至50%。PUD树脂的粒径可随合成工艺的变化而变化。分散剂的粒径直接决定了分散剂的性能。一般来说，聚氨酯分散体的粒径越小，成膜效果越好。较小的粒径有助于聚结形成连续的固体薄膜。从表2的数据可以看出，聚氨酯分散体的粒径越小，涂料的性能越好。
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pud中的增塑剂
增塑剂通常与PUD树脂一起使用，以增加干膜的柔韧性、抗拉强度和模量。增塑剂的使用减少了薄膜开裂的可能性，提高了涂层间的粘附性能和对基材的附着力。图1显示了在配方中加入增塑剂后薄膜性能的改善情况。
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在这种情况下，增塑剂的加入增加了薄膜的柔韧性和对金属基板的附着力。在增塑剂的选择和用量上必须非常谨慎。不合适的增塑剂会导致漆膜的浑浊和低光泽度(表3)。本PUD面漆中选择的增塑剂使面漆具有弹性和高光泽度的透明膜。
涂料的性能
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机械性能
本文所述PUD面漆具有良好的力学性能，如表4、表5和图2所示。
QUV阻力
QUV (ASTM D 4587)室采用4小时强光循环，使用60ºC的UVA 340灯，然后在50ºC的涂层表面上冷凝4小时。
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在这些条件下，新开发的PUD涂层在曝光3000小时后表现出优异的保光度大于70%(表6，图3)，颜色变化小于1.7 delta-E(表7，图4)。
这与商业化双组份聚氨酯面漆的性能相当(图5)。
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耐腐蚀耐候性
ASTM D 5894描述了循环风化试验，包括湿/干和光/暗循环，以模拟自然暴露。测试板在QUV室中交替暴露一周，在循环雾/干燥室中交替暴露一周。
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QUV/冷凝循环为60ºC紫外线4小时，50ºC冷凝4小时，使用UVA-340灯。雾/干燥室在35ºC下运行1小时雾循环，在35ºC下运行1小时干燥循环。
雾化电解质是相对稀释的溶液，由0.05%氯化钠和0.35%硫酸铵组成。新型PUD面漆应用于各种底漆上，在15次循环后，无起泡和无生锈，评级为10。
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抄写器性能评分为9，抄写器蠕变为1/64英寸(表8，图6)。
同样，这种性能与双组份聚氨酯表面环氧底漆的商业化系统相当(表9，图7，图8)。
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早期防潮
在雾箱测试中，PUD面漆具有很好的早期防潮性。该测试确定了在涂层固化周期的各个阶段，水雾对涂膜的影响。
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雾箱柜配有6个利用自来水的雾喷嘴，并有一个板架，用于垂直30º的支撑试样。
在以推荐的薄膜厚度涂覆涂层后，样品固化2,4和6小时，如有必要，间隔更长，暴露在雾箱中24小时。
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面板从雾箱中取出，并与在77ºF和50%相对湿度下固化的控制面板进行比较。使用ASTM D 714在恢复后立即检查起泡程度。将光泽度读数与控制面板进行比较。
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按照ASTM D 3359的要求，在1小时和24小时的恢复期进行附着力检查。固化2h后，PUD涂层表现出良好的早期防潮性能。见表10和图9。
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热循环阻力
PUD面漆已经测试了8种不同底漆的热循环阻力，包括溶剂型环氧树脂、水性环氧树脂、富锌环氧树脂和丙烯酸乳液。本测试的目的是评估涂层或涂层系统在浸水、冻结和热/干热循环条件下的性能。
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在五次热循环和十次热循环后，使用ASTM D 6677标准测试方法对粘合性能进行初步评估，用刀评估粘合性能。PUD面漆被证明对各种底漆具有优异的附着力(表11，图10)。
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涂鸦的阻力
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PUD面漆具有良好的抗涂鸦性(ASTM 6578)，使其成为公共区域项目的良好候选。抗涂鸦性是基于一组定义的标记如何被一组定义的清洁剂清除。
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| 图8 - 9点击放大 |
ASTM 6578中规定的涂鸦标记材料是溶188金宝搏bet官网剂型永久性蓝色记号笔、溶剂型红色喷漆、蓝色或黑色蜡笔和水性黑色记号笔。如果没有残留材料或阴影的视觉证据，则认为标记已完全清除。薄膜必须保持60º光泽度的至少80%，CIE LAB单位测量的色移Delta E必须小于1个单位。以建议的干膜厚度将涂层涂在冷轧钢板上，并在涂膜表面涂上涂鸦标记之前风干7天。
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| 图10点击放大 |
如果用棉布可以完全去除斑纹，则表面洁净度为1级;如果需要温和的洗涤剂才能完全去除斑点，则表面可清洁性等级为2级;如果需要柑橘清洁剂彻底去除斑纹，则表面清洁等级为3级;如果需要用异丙醇完全去除标记，则表面可清洁性等级为4级;如果需要MEK才能完全去除标记，则表面可清洁性等级为5级;如果MEK没有完全去除标记，则测试完成，表面评定为不可清洁。
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| 表11点击放大 |
抗化学腐蚀
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| 表12 - 13点击放大 |
PUD面漆具有优异的耐各种工业和家用化学品。根据ASTM D 1308(表12，表13)进行的耐化学品现场测试结果显示，PUD面漆耐酸，碱，工业溶剂，如酮，醇，乙二醇醚，脂肪族和芳香烃以及其他各种化学品，如漂白剂，机油和制动液。
热轮胎提货
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PUD面漆显示出良好的“热轮胎拾取”性能，使其适合用作地板涂料。用于确定耐“热轮胎起皱”的测试程序包括将一块加热的轮胎夹在涂层表面，将夹紧的组件暴露在湿热中，并评估油漆是否脱落或粘附在轮胎上。该系统的额定值为:1 =不去除，2 =中等去除，3 =完全去除。新的PUD涂层在“热轮胎起皱”测试中达到了1级。
推荐系统
PUD面漆可直接应用于混凝土和底漆金属基材。该涂料可与多种底漆配套使用，包括水性丙烯酸、水性环氧、溶剂型环氧、水性有机富锌底漆和溶剂型有机富锌底漆。这些系统与双组分水性和溶剂型底漆/聚氨酯涂层系统具有相当的外观耐久性和耐腐蚀性。表7显示了推荐的系统示例。热循环试验结果表明，经过10次循环后，这些体系仍保持良好的涂层粘附性(表14)。
结论
新型单组分水性PUD涂料采用脂肪族聚酯聚氨酯分散体配制而成。它被设计用于混凝土和底漆金属基材的面漆。涂层在空气中干燥后形成坚韧、有光泽的表面，具有耐磨性、抗涂鸦性、耐化学性、耐潮湿性和抗紫外线性。这种新型创新产品与用于工业维护应用的双组分水性和溶剂型聚氨酯涂料具有相当的性能。
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