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水性异氰酸酯固化剂在水性双组份涂料中的应用(二)

反应原理

异氰酸酯常温下可以和羟基树脂中的羟基反应,生成氨基甲酸酯,是典型的聚氨酯反应。

这是理想的反应,异氰酸酯是比较活泼的基团,事实上它还会与体系中的水、羧基、氨基、脲、环氧等基团发生反应。

在上述反应中,异氰酸酯与-COOH和水反应分别生成酰胺和脲,并放出二氧化碳,这是我们不希望发生的副反应。

固化剂稀释

水可分散型异氰酸酯固化剂(HDI)是可以直接添加使用的,使用时,务必搅拌均匀。

为了更好的分散效果,以及对于漆膜干燥时间的控制,往往会用溶剂进行稀释,但不可用含羟基的溶剂进行稀释。

可用的稀释溶剂有醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇二甲醚、丙二醇二醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯等。

其中,丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)与丙二醇二醋酸酯(PGDA)较为常用。PMA有更强的稀释能力,PGDA则在气味、光泽方面有少许优势。

应用中,一般稀释为80%固含使用,如果为了更低粘度和分散性,也可稀释为70%固含使用。

配漆比例

在双组份涂料配漆时,有一个重要的参数,α=-NCO/-OH即异氰酸酯基与羟基的当量比。

若-NCO和-OH完全反应,则理论值α=1,但在水性涂料中,大量存在的水(以及其它可能反应的基团)不可避免的消耗部分-NCO。因此,在双组份水性涂料中,通常要做到α>1。

关于α值,最好的方法是在应用体系中做一个梯度实验,以确定最佳的比例。

常规的α值约1.2-1.4之间为好,有时要到1.5甚至更高。多余的-NCO可以被消耗掉,如果-OH多余则可能影响漆膜的性能。

α值越高,耐水、耐溶剂、硬度越高,但可能会导致配漆适用期缩短、脆性增加、光泽下降等。

配漆比例计算

如何计算双组份涂料中A组分和B组分的配漆比例呢?其实配漆比例的计算就是把α值换算为A、B组分的比例的过程。

下面举例在实际应用中的配漆比例计算:

另外,有些树脂标的不是基于固含的羟基含量而是羟值。羟值=羟基含量*33,换算成羟基含量再进行计算即可。

适用期

双组份涂料都有一定的适用期,因为羟基树脂和聚异氰酸酯混合后室温下即发生交联反应。混合后的适用期一般只有4h左右。

适用期不能单纯的以体系粘度变化来作为标准,有些时候,交联在乳胶粒子之间进行,水相的粘度变化不大,所以应以漆膜性能作为依据。

在低粘度体系中尤为如此,只要某个时间漆膜发生明显失光、性能下降等,就可断定已经过了适用期。

影响适用期的因素

1、树脂、固化剂本身的反应基团活性。

树脂和固化剂本身的性能是决定适用期的最主要因素。

2、温度

-NCO与-OH、-COOH、水等的反应受温度影响很大,活化期随着环境温度的升高而下降。

3、配比

配漆α值越高(固化剂越多),适用期越短。

4、pH值

pH值越高,适用期越短。

pH对异氰酸酯基团反应速率的影响

如图可见,随着pH增加,-NCO与多种基团的反应速率明显增加。

5、溶剂

一些含有羟基的溶剂,羟基活性较高时,会缩短适用期。

6、粘度

高粘度体系中,随着反应的发生,更易发生胶化。

7、助剂

一些助剂,如催干剂等,会加快反应进程,缩短适用期。

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