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DP水漆之父陈正林:双组份水性聚氨酯涂料的固化机理

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聚多元醇与多异氰酸酯混合后,发生如前所述的主反应和副反应。对于溶剂型双组份聚氨酯涂料,适用期可以通过检测粘度的增长来判断。对于双组份水性聚氨酯涂料,随-NCO与-OH间发生反应,体系粘度并没有明显增加,因为它只改变了聚集体粒子内部的粘度,而非体系粘度。因而用粘度增长来判断双组份水性涂料的适用期是不合适的。

DP水漆之父陈正林:双组份水性聚氨酯涂料的固化机理

(图为DP水漆之父陈正林)

多元醇与多异氰酸酯混合后,-NCO与H2O发生副反应,会产生CO2。这将导致涂膜形成气泡,通常称为放气,即使最少量的气泡形成也将显著降低涂膜光泽度。因而,水性体系的适用期可以通过涂膜的光泽度随着复配体系放置时间的变化来判断交联反应,但是在4h测量时间内体系的粒径分布并没有发生明显的变化。

双组份水性聚氨酯系统则完全不同,水分散型多异氰酸酯(WDP)和聚多元醇混合时,两组份不在同一相内,通过搅拌,作为乳化剂的聚多元醇将WDP分散在水中成为一相进行反应。

有研究认为:两组份混合后,主要经过粒子聚结、异氰酸酯反应以及施工后水的挥发等过程。研究还发现,两组份混合后,水、羟基与异氰酸酯的反应竞争激烈,并且羟基与异氰酸酯的反应几乎是立即发生,而水与异氰酸酯却在2h后才开始反应。施工以后,水开始挥发,粒子接触更加紧密。粒子的聚结使异氰酸酯与羟基的反应大大增强。下图所示的是多异氰酸酯在聚氨酯组份中的乳化情况。

DP水漆之父陈正林:双组份水性聚氨酯涂料的固化机理

乳化后多异氰酸酯组份逐步渗透到羟基组份内部,并开始化学交联,如下图。

DP水漆之父陈正林:双组份水性聚氨酯涂料的固化机理

具体成膜过程可分为物理干燥过程和化学交联过程。成膜初期为物理干燥过程,随着水分的蒸发,分散体或乳液粒子凝聚,聚合物链相互扩散和反应。化学交联过程比较复杂,涉及到固化剂的NCO基与聚多元醇的羟基、水和稳定聚合物粒子的羧基等基团间的反应,反应速率取决于施工环境的温度、湿度、反应体系中催化剂含量和基团的反应活性。

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