水性聚氨酯固化剂的应用与研究

水性聚氨酯固化剂的应用研究汤诚，华成明（武汉仕全兴新材料科技股份有限公司，武汉430040）摘要：仕全兴水性聚氨酯固化剂综合性能与拜耳产品相当，性价比超高；仕全兴水性固化剂种类更为丰富，可满足不同客户的需求；还可为客户定制开发，如快干型水性固化剂、长活化期的固化剂、不同光泽度的哑光固化剂等等；另外，仕全兴以客户为导向，可为客户提供水性聚氨酯固化剂的水漆方案和最为便捷优质的服务，共同推进“油改水”的技术创新与发展。关键词：水性聚氨酯固化剂；应用方法；特色；高性价比；服务0前言近年来，随着众多厂家的推广和政策导向，水性漆越来越被市场认可，而双组份水性漆的多方面性能指标优于单组份的，并且已能与油性漆媲美，这与水性聚氨酯固化剂的开发与应用是分不开的。水性聚氨酯固化剂含有大量异氰酸酯基团（-NCO），能与羟基、氨基和羧基等许多官能团发生缩合反应。此外异氰酸酯还能与水反应生成脲，释放出二氧化碳气体。如何有效控制副反应并制备出性能优异的双组份水性漆，需要优选出合适水性固化剂，并详细掌握配方设计要点及配漆制膜关键点。水性聚氨酯固化剂具有一定的亲水性，能较好的分散于水性体系中，与水性羟基树脂混合均匀交联固化，可广泛使用于涂料工业和胶黏剂领域。而选择水性聚氨酯固化剂首选需考虑施工便捷性和适用期，NCO基团在水性体系中不可避免的会与水接触，这就要求异氰酸酯与羟基的反应活性要高于其与水的反应活性，活化期至少2h以上，一般是4h,有的领域要求6-8h或以上，且粘度合适。本文详细研究了武汉仕全兴水性聚氨酯固化剂与拜耳固化剂性能对比及其应用特性。1实验部分1.1主要原料（如表1）表1主要原料原料外观固含量/%粘度/cps-OH/%-NCO/%厂家PUA-1034乳白带蓝光液体458003.2/武汉仕全兴PUA-7140乳白带蓝光液体403001.6/武汉仕全兴HPU-7240带蓝光半透液体405001.8/武汉仕全兴D100透明液体1003000/18武汉仕全兴S101透明液体1002500/21武汉仕全兴S105透明液体1002000/21武汉仕全兴S202透明液体100700/23武汉仕全兴S301透明液体701000/12.5武汉仕全兴拜耳305透明液体1006800/16.2拜耳拜耳2547透明液体100600/23拜耳拜耳2655透明液体1003500/21.5拜耳拜耳401-70透明液体70600/13.4拜耳其中，由武汉仕全兴水性异氰酸酯固化剂专利技术（专利号：201410154462.9；201610115421.8）合成的水性聚氨酯固化剂，根据异氰酸酯单体和亲水单体种类及比例不同得到不同类型的水性聚氨酯固化剂。具体名称和类型如表2。作为市场主流的非离子和阴离子两类产品，实验对比了拜耳的产品305、2655、2547和401-70。表2合成的水性聚氨酯固化剂名称及类型仕全兴产品D100S101S105S202S301拜耳产品3052655/2547401-70类型HDI、非离子型HDI、阴离子型HDI、阴离子型，哑光HDI、阴离子型，低粘度IPDI、阴离子型1.2配漆将水性聚氨酯固化剂D100、S101、S105、S202、S301和拜耳产品305、2655、2547、401-70分别与水性羟基分散体制备成双组份聚氨酯水性漆。配漆过程中，由于NCO基团会和水反应掉一部分，所以设计配比时，一般为NCO:OH=1.2-1.5:1，根据气温高低不同及水的挥发速度调整配比。2结果与讨论2.1水性固化剂的应用性能测试水性聚氨酯固化剂与仕全兴羟基树脂PUA-1034分别按NCO/OH=1.4：1配漆、喷板，在马口铁上制板，干膜厚度23-25μm，常温养护7天后检测性能。基本性能如表3所示：表3固化剂与PUA-1034配漆及漆膜性能对比①对比②对比③对比④/检测项目D100305S1012655S2022547S301401-70S105表干/min454530303535303040干燥速度实干/h875588886涂膜外观正常正常正常正常正常正常正常正常正常活化期/h66.5446510115光泽（60°）/%92931011008575939520-70可调硬度HH2H2H2H2H3H3H2H附着力/级000000000抗冲击试验+50/-50+50/-50+50/-50+50/-50+50/-50+50/-50+50/-50+50/-50+50/-50耐水性（常温水浸泡不起泡时间）h12012096969696969696综合研究水性聚氨酯固化剂的水分散性、配漆后的活化期、漆膜的干速、硬度、光泽和耐水性等指标，如图1所示。图1水性固化剂综合性能对比（5-最好，1-最差）3水性聚氨酯固化剂的应用水性聚氨酯固化剂的应用研究开始于上世纪80年代末，德国拜耳公司一直处于研发前线，也为水性固化剂和水性漆的推广做出卓越贡献，国内起步较晚，但发展迅速，包括专业从事聚氨酯固化剂行业的武汉仕全兴公司，是国内最早开发水性聚氨酯固化剂的企业之一，开发出了数十种水性固化剂产品，并通过客户使用情况积累了广泛的应用数据，包括应用于工业涂料、地坪涂料、木器涂料、汽车工业和纺织工业等领域。3.1在工业涂料中的应用水性聚氨酯固化剂搭配水性羟基分散体树脂，由于羟基分散体分子量小，羟值高，不含表面活性剂，故交联固化后致密度高，硬度高，光泽好，耐性好。在性能上完全可以媲美油性涂料，可广泛使用工业防腐和装饰涂料。如下表搭配树脂和固化剂制备双组份水性涂料用于装饰涂料如下图（武汉仕全兴新厂办公楼的铝型材涂装）。固化剂S101，S100可用PMA开稀使用水性树脂PUA-1034、PUA-1036或其它市售羟基分散体特点高光、高硬度、抗划伤/另外，如工业卷钢涂料采用烘烤单组分水性漆，选用封闭型水性聚氨酯固化剂，成膜后具有更好的韧性和抗划伤性能。如选用仕全兴F-70或F-70D和HPU-2140配伍组成单组份水性烘烤漆，储存稳定，成膜后机械性能优异，附着力好。3.2在地坪涂料中的应用水性地坪采用双组份水性聚氨酯涂料，具有环保健康的特点，不同于环氧地坪，水性聚氨酯涂料具有高柔韧性、耐磨、耐候、耐水，抗划伤性好。如选用仕全兴S202水性固化剂搭配HPU-7240，具有高固含、低粘度流平好、无溶剂无气味，适应于室内外的特点，用于各种水性地坪涂料和塑胶跑道使用。如下图双组份水性聚氨酯涂料用于地坪涂料。3.3在木器涂料中的应用高品质水性哑光木器漆是家具行业的一个重点方向，漆膜消光后给人良好的质感和舒适的感觉，很受人们青睐。外添消光剂的清漆涂层透明度不高，且耐介质性较差。而通过固化剂从分子结构上可达到消光效果，同样一种水漆，搭配不同结构的哑光固化剂，可以得到我们需要的光泽度。武汉仕全兴开发出来的哑光固化剂系列产品，可以只需要一种亮光清漆HPUA-7140，配伍标准水性固化剂可以制备出亮光漆，配伍仕全兴S105哑光固化剂系列产品可以制备出哑光度不同的漆膜。漆膜透明度高，不外加消光粉，耐性更好。同时减少涂料生产厂家和经销商的库存，减少资金占用固化剂S105可用PMA开稀使用水性树脂HPUA-7140或其它市售HPUA特点配S105系列可达到不同的光泽度，如S105-30就是3分光S105-20、S105-30、S105-40、S105-50、S105-60、S105-703.4在汽车工业中的应用汽车修补漆要到达原车漆一样的高光泽、快干、良好的耐性外，还需要低温固化，而水性双组份聚氨酯漆就可以很好的满足这些要求。施工方便，能常温自干或低温烘烤，而且对环境无污染。如采用仕全兴水性聚氨酯固化剂S-301搭配HPU-7240树脂制备双组份水性修补漆，可到达90度以上光泽，2-3H的硬度。随着水性漆技术的日渐成熟，基于水性聚氨酯固化剂的双组份汽车修补漆必将占据越来越大的市场份额。3.5在纺织和印花中的应用非离子型水性聚氨酯固化剂作为交联剂使用于纺织或印花行业，添加在粘合剂、各种树脂、高分子化工物等分散液或水溶液中使用，经干燥，热处理就能发挥卓越的性能。如添加非离子型水性聚氨酯固化剂如仕全兴D100、D101，可室温自干或低温烘烤，添加非离子型封闭水性聚氨酯固化剂如仕全兴F-80、FD-80，高温热处理。可以提升织物的拒水拒油性，增强其与织物的粘结力，改善其耐磨性、耐擦洗性、耐化学品性和耐黄变性。4结语采用武汉仕全兴水性固化剂专利合成技术，制备出了一系列的脂肪族水性聚氨酯固化剂。非离子型固化剂适用期长，耐水性好，阴离子固化剂分散性好，硬度高。1)对比武汉仕全兴水性固化剂与拜耳同类产品，各方面性能基本一致，价格却有很大的竞争优势，有30%以上差距。2)仕全兴固化剂种类更加丰富，很多产品是拜耳没有的，可以满足不同的客户需求，还可以为客户定制产品，比如快干型水性固化剂、长活化期的固化剂、不同光泽度的哑光固化剂、含氟/硅的功能型固化剂等等。3)水性聚氨酯固化剂的品类选择、加料方式与油漆产品差别巨大，对光泽和性能会有很大影响，光泽差别高达30%，需要引起足够重视。4)水性聚氨酯固化剂应用领域广泛，经多方客户验证，一般工业涂料推荐S101固化剂搭配羟基树脂PUA-1034性能最佳；地坪涂料推荐粘度小至700cps的S202搭配HPU-7240，具有高固低粘，无溶剂无味道，丰满度高易施工的特点；木器涂料推荐使用S105哑光系列，只需配置一种亮光漆WPUA-7140就可以制备出多种哑光漆，如使用S105-30做到3分光，S105-50做到5分光，可以为客户减少主漆种类与库存，缓解资金压力；汽车修补漆推荐使用S301搭配PUA-1034，具有长活化期，高硬度，不黄变的特性；在软基材或者对韧性要求特别高的领域推荐使用非离子型固化剂D100。5)水性漆的普及靠技术进步，更需要优质快捷的服务。仕全兴愿与各同仁携手共进，实现中国的涂料强国之梦