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水性聚氨酯漆及涂料固化剂的选择和使用

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2019/2/20 浏览次数：

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一、选择合适的固化剂
水性异氰酸酯固化剂，是在原有多异氰酸酯或衍生物固化剂的基础上引入亲水基团，分散于水介质中，所以在涂料中无需高剪切就能达到100nm以下的粒径，容易与水性羟基树脂混合。

水性固化剂和溶剂型的选择最主要区别体现在—NCO 会与水和其中的中和剂发生反应，从而影响其施工性能和漆膜性能。在主剂和固化剂反应的时候，黏度必然会有所上升，溶剂型聚氨酯只要通过加入适当的溶剂就能解决这个问题，但是水性聚氨酯不同，由于加入的溶剂是水，水会消耗部分—NCO，从而导致漆膜性能的下降。

所以选择合适水性固化剂的关键就是在施工性能和漆膜性能之间找一个平衡点。

1、固化剂活化期的确定

表征活化期特性主要有两个指标分别是涂料施工过程中的NCO含量的变化和其黏度的变化。多异氰酸酯与水性羟基树脂混合后，起初的几个小时内NCO含量的变化是确定稳定的施工性能、判定合理的施工过程活化期的重要因素。

我们一般观察水性固化剂的活化期是3h，如果在这段时间内，—NCO含量减少量大于 40%，则认为此固化剂对改善漆膜性能的作用不大。而一般水性固化剂的最佳活化期是在—NCO减少量为30%左右。

水性异氰酸酯的使用是改善和增强涂膜性能最有效的方法，同时也是提高水性涂料交联密度的途径之一。所以如果对施工要求高的涂料，可以选用那些副反应（主要是和水的反应）比较剧烈的固化剂。而对性能要求高的涂料，可以选用副反应比较少的固化剂。

2、固化剂的分散性
对于水性固化剂而言，在水是否易分散也十分重要，否则会产生类似缩孔、透明性差和存在颗粒等问题。由于现场普通施工条件有限，加入固化剂后一般都是手动搅拌并且时间不会超过5min。一般是在水性聚氨酯涂料中加入需要试用的固化剂，然后分别搅拌1min、2min、3min、4min和5min，再用湿膜制备器制膜，观察其是否有缩孔和泛白。通常分散性良好的固化剂只需通过手搅就能达到很好的分散效果，不发生泛白或缩孔的现象。如果 5min 后，漆膜还是出现泛白现象，说明此固化剂不适合应用于某个水性聚氨酯涂料中。

3、固化剂对漆膜的影响

(1) 光泽的影响

不同水性固化剂调配成漆后，漆膜所表现出的光泽将不同。这是因为水性固化剂除与羟基水性树脂反应之外，还参与部分副反应，活性不同的固化剂形成的反应链大小不同所造成的。

使用不同的固化剂及其用量做正交试验，通过测试光泽度，就会明确所试用固化剂对漆膜光泽的影响。

在哑光漆中使用光泽低的固化剂，这样就可以避免使用大量的消光粉，从而提高漆膜的透明度。在亮光漆中使用能提高光泽的固化剂，可以避免因固化剂产生的消光现象。

(2) 耐沾污性能的影响

在双组分水性涂料中，耐沾污性能是一个重要指标，

能直接反映交联密度的好坏。当然一般情况下我们可以通过提高固化剂的用量，即提高—NCO与—OH比值来实现好的耐沾污性。不过不同的固化剂在相同用量下，其制备的漆膜耐沾污性能差别也很大，所以需要对此项做验证。一般情况下副反应少的固化剂（也是活化期较长的），由于大部分的—NCO与—OH 反应，产生更为致密的网状结构而提高耐介质和污染物性能。

二、固化剂的调稀使用
由于当前的水性异氰酸酯固化剂本身黏度较高及与水性树脂混合时不易搅拌均匀，在调漆与施工时很不方便。为了方便施工，需将水性异氰酸酯用溶剂稀释到一定的浓度。在选择稀释溶剂时，要注意以下几方面：
(1) 溶剂不能含有能够与—NCO 基反应的基团；
(2) 溶剂对—NCO基的反应性没有影响；
(3) 溶剂对主剂稳定性及施工的影响。

1、选择合适的稀释溶剂

一般选择醚酯类溶剂，其特点是气味和毒性小，能溶解水性异氰酸酯，且在水中有较高的溶解度。可供选择的有丙二醇甲醚乙酸酯(PMA)及一些常用的水性木器漆成膜助剂，如丙二醇甲醚、二丙二醇丁醚等。醚类溶剂对水性树脂与水性异氰酸酯混合后的胶化时间有较大的影响。进一步研究发现其对涂膜的光泽、表面效果和硬度也有较大影响。可能是醚类溶剂在水中容易水解，产生游离的酸和醇，会与NCO基反应，从而影响漆膜的性能。故在稀释水性异氰酸酯时应选择与水相容性较好的酯类溶剂，且沸点越低越好，目前常用的稀释剂有PMA、DMM等，但由于PMA价格相对便宜且比较常见，故选择PMA作水性异氰酸酯稀释剂的最多。

2、选择合适的浓度
不同的稀释浓度对于固化剂的稳定性、漆膜性能以及分散性都有很大的影响。基本试验方式是，把调稀成不同浓度的固化剂放入50℃的烘箱中1周，观察其是否结块和黏度的变化，来测试其稳定性能。然后分别制板，观察其光泽和是否泛白，来测试其漆膜性能和易分散性。

稀释浓度越小分散性能越好，而稳定性能差。稀释浓度越大，分散性能就变差，但是稳定能好这个比较好理解。总结一些试验数据可见稀释浓度为60％时，综合性能比较好。

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