水性双组分聚氨酯涂料成分及最新发展方向

水性双组分聚氨酯涂料以水为分散介质，最大限度地减少了VOCs的排放，同时保持了溶剂型双组分聚氨酯涂料优秀的施工工艺、装饰外观、物理力学性能和耐化学品性能，成为当前涂料研究的热点和发展方向。

水性双组分聚氨酯涂料的成分

双组分交联型水性聚氨酯涂料，即涂料分为两个组分：其一为水性多元醇组分；另一为水分散型异氰酸酯组分。

水性多元醇组分
按水性聚合物的胶体结构，可将其分为两大类:一类是水分散型多元醇，另一类是乳液型多元醇。水性聚氨酯多元醇的制备可采用传统的水性聚氨酯分散体的制备方法，但在聚合物的亲水基团中，应该有更多的羟基，在化学结构上满足双组分涂料的反应要求。常用的方法是预聚体法和丙酮法。

双组分水性聚氨酯涂料与双组分溶剂型聚氨酯涂料相比, 其多元醇具有良好的分散性, 能促使未改性、憎水的多异氰酸酯固化剂在水中稳定地分散。按照制备方法的不同, 水性多元醇体系可分为乳液型多元醇和分散体型多元醇。

乳液型多元醇
最早采用的多元醇为乳液型多元醇, 它是通过乳液聚合得到的具有多种结构的丙烯酸多元醇乳胶。其用于双组分体系的优势是聚合物的相对分子质量大, 涂膜在室温下干燥速度快;缺陷是它对未改性多异氰酸酯固化剂分散性较差, 导致涂膜外观较差, 且适用期短。

分散体型多元醇
为了改善多元醇体系对多异氰酸酯固化剂的水分散性, 提高双组分水性聚氨酯涂料的性能, 可采用分散体型多元醇, 也称第二代水性羟基树脂, 目前这方面的研究较多。该多元醇树脂首先在有机溶剂中合成得到, 其分子结构中含有亲水可电离基团或亲水非离子链段, 然后将该树脂或溶液分散在水中得到分散体型多元醇。其特点为相对分子质量低, 分散体粒径小(Dn =10 ～ 200 nm), 对固化剂分散性优越, 形成的涂膜外观好, 综合性能优异。根据化学结构的不同, 它可分为丙烯酸多元醇分散体、聚氨酯多元醇分散体和聚酯多元醇分散体等。

丙烯酸多元醇分散体
与丙烯酸多元醇乳胶相比, 丙烯酸多元醇分散体具有较低的相对分子质量(Mw = 2 000 ～10 000) , 较高的羟基官能度, 较小的粒径, 对固化剂分散性好, 涂膜交联度高, 具有优异的综合性能, 但是涂膜干燥速度较前者慢。

聚氨酯多元醇分散体
聚氨酯分散体本身是一类高性能的胶黏剂。用它配制双组分水性涂料, 涂膜外观好, 具有优异的机械性能、耐化学品性和耐磨性。并且可以根据实际需要, 通过调整氨基甲酸酯的浓度来确定涂膜性能。制备聚氨酯分散体大多使用脂肪族异氰酸酯,其保色性和耐候性优于芳香族异氰酸酯, 而且与水的反应活性也远小于芳香族异氰酸酯。1 , 6 -己二异氰酸酯(HDI)、异佛二酮二异氰酸酯(IPDI)和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)是目前研究者使用最多的三类脂肪族异氰酸酯。

聚酯多元醇分散体
聚酯多元醇分散体配制的双组分涂料具有流动性好, 对颜料润湿性强, 涂膜光泽度高等优点。但此类分散体配制的涂膜最大的缺陷为耐水解性差。这是因为聚酯多元醇的酯键容易水解, 这将会导致聚合物链断裂, 进而影响涂膜性能。可考虑将丙烯酸聚合物接枝到聚酯分子链上, 制备聚酯-丙烯酸复合多元醇分散体, 以提高聚酯链的耐水解性。该多元醇复合体系配制的双组分涂料将聚酯的软链段和丙烯酸树脂的硬链段有机结合在一起, 有利于涂膜硬度和柔韧性的改善。

水性双组分聚氨酯涂料最新发展方向

01
纳米杂化技术

将纳米粒子（如石墨烯、银、磷、钠、硅、锌、钛等）引入水性双组分聚氨酯涂料体系中，能显著地提升涂膜的某型功能，如耐热性、防腐性、抗菌性、助燃性、耐化学品性、耐腐蚀性、机械强度等。

02
树脂超支化技术

超支化树脂呈现三维分子结构，与传统的线性结构树脂相比，具有超高官能度、分子结构紧凑、较少的链段缠绕等特点，其极高的反应性和良好的流变性非常适合低温烘烤或常温自干的水性双组分聚氨酯涂料体系。

03
树脂杂化技术

树脂杂化技术是将不同类型的树脂进行杂化，生成兼具原树脂优点的新树脂，满足更广泛的应用需求。

水性双组分聚氨酯涂料兼具环保和高性能的特点，作为最重要的环保型涂料，近十年来，无论是原材料的更新和配方的涉及，还是涂料的生产和施工的工艺，都取得了巨大的进步，得到了市场的广泛认可，成为环保涂料的发展趋势。

由于水性涂料配方设计复杂，水性涂装施工难度大，水性市场规模尚未成熟，行业标准尚待规范等客观原因，决定了水性双组分聚氨酯涂料还有很长的路要走。