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45 800 3.2 / 武汉仕全兴PUA-7140 乳白带蓝光液体40 300 1.6 / 武汉仕全兴HPU-7240 带蓝光半透液体40 500 1.8 / 武汉仕全兴D100 透明液体100 3000 / 18 武汉仕全兴S101 透明液体100 2500 / 21 武汉仕全兴S105 透明液体100 2000 / 21 武汉仕全兴S202 透明液体100 700 / 23 武汉仕全兴S301 透明液体70 1000 / 12.5 武汉仕全兴拜耳305 透明液体100 6800 / 16.2 拜耳
拜耳2547 透明液体100 600 / 23 拜耳
拜耳2655 透明液体100 3500 / 21.5 拜耳
拜耳401-70 透明液体70 600 / 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 D100 S101 S105 S202 S301 拜耳产品 305 2655 / 2547 401-70 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
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。
