4.4　双组分水性聚氨酯树脂的制备原理及应用实例

4.4.1　双组分水性聚氨酯的特性

目前大多数水性聚氨酯是单组分聚氨酯。由于单组分水性聚氨酯涂料的涂膜性能不够理想，且实际应用中，有时为了满足高强度的需要，常采用对单组分水性涂料的涂膜进行烘烤等后处理，以提高膜的交联度。由于这些后处理使得其应用范围受到很大的限制，所以现在对水性双组分聚氨酯涂料的开发与研究已变得十分活跃。

在溶剂型双组分聚氨酯体系中，使体系不含水是非常关键的，所以直至20世纪80年代末期，人们仍然认为生产水性双组分聚氨酯是不可能的，水与固化剂的副反应看起来是不可逾越的障碍。因为当羟基聚合物水分散体与乳化的异氰酸酯混合后，异氰酸酯基团会与水反应产生胺，在涂膜形成过程中还会进一步与异氰酸酯反应生成聚脲，消耗大量的NCO基团。双组分水性聚氨酯在20世纪90年代进入实际应用研究阶段，是因为Jacobs^[14]成功开发出一种能分散于水的多异氰酸酯固化剂。2000年该项目在美国获得了“绿色化学总统挑战奖”。此后的一段时间，国外涌现了大批关于水性双组分用聚异氰酸酯的专利^[15]。以脂肪族多异氰酸酯为交联剂的新型双组分水性聚氨酯涂料，涂膜外观好，光泽度高，具有良好的力学性能，耐化学品性能和耐候性等，其VOC含量相当于溶剂型双组分聚氨酯涂料的15%^[16]，可取代溶剂型双组分聚氨酯涂料，广泛应用于汽车面漆、汽车修补漆、木器涂料以及皮革涂饰剂等。此外，双组分水性聚氨酯涂料还能应用于塑料涂料、工业涂料和防腐涂料等，满足不同的性能要求^[16-18]。目前国外已有亲水改性固化剂产品在国内市场销售，包括Bayer、OECE、Miles和Rodia等公司的产品。国内不少大专院校、科研单位和企业也己开展双组分水性聚氨酯涂料的研究^[19-21]。20世纪90年代以来，对水性双组分聚氨酯的研究主要集中在双组分水性聚氨酯的合成及其基础理论的研究上，经过十几年的发展，双组分水性聚氨酯涂料的相关产品已经成功用于市场。其中，木器漆是双组分水性聚氨酯涂料的重要应用领域之一。

水性双组分聚氨酯制备的理论基础是^[22]：虽然水是过量的，但异氰酸根与水的反应速度要小于水的蒸发速度，涂装后大部分水迅速挥发，漆膜中以异氰酸根与羟基的反应为主。对于清漆而言，涂装后涂层为不透明的白色，不同厚度涂层的水分可在20～60 min内挥发，多异氰酸酯粒子和多元醇粒子发生融合、交联，涂膜变为透明。为保证羟基完全反应，弥补与水反应所消耗的多异氰酸酯，通常使用过量多异氰酸酯（NCO/OH比率为1.5～3）。

水性双组分聚氨酯涂料的操作工艺性（如成膜方式、干燥时间、使用期限等）、黏合性能（除了对一些热塑性塑料的附着力稍差外，对混凝土、木材、不饱和聚酯塑料、硬聚氨酯泡沫塑料、钢板、镀锌铜板和镀铬铝材等都有极好的附着力）和力学性能（如漆膜的外观、光泽、硬度、耐磨性、冲击强度和拉伸强度）等可以与溶剂型双组分聚氨酯涂料相媲美，更为重要的是它以水替代有机溶剂，挥发性有机化合物质量浓度不超过9.07×10^-6 kg /L，对环境几乎没有污染^[23]。