涂料原料基本知识

水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基础,以水为分散介质配制的涂料,具有毒性小、不易燃烧、不污染环境、节能、安全等优点,同时还具有溶剂型聚氨酯涂料的一些性能,将聚氨酯涂料硬度高、附着力强、耐磨性、柔韧性好等优点与水性涂料的低VOC相结合。同时由于聚氨酯分子具有可裁剪性,结合新的合成和交联技术,可有效控制涂料的组成和结构,成为发展最快的涂料品种之一。水性聚氨酯涂料有单组分和双组分之分,单组分水性聚氨酯涂料的聚合物相对分子质量较大,成膜过程中一般不发生交联,具有施工方便的优点。双组分水性聚氨酯涂料由含羟基的水性树脂和含异氰酸酯基的固化剂组成,施工前将两者混合,成膜过程中发生交联反应,涂膜性能好。

目前市场上基于HDI的聚异氰酸酯主要有HDI三聚体和HDI缩二脲。HDI三聚体主要是由HDI单体聚合而成,根据聚合度的不同,可以制得不同的产品,主要的差异在于官能度、黏度和NCO含量的不同。HDI单体聚合度越大,其三聚体的官能度就越高,黏度也越高,但是NCO含量就越低,反之亦然。HDI三聚体的结构式如下:

用氨基树脂作交联剂的漆膜具有优良的光泽、保色性、硬度、耐药品性、耐水及耐侯性等,因此,以氨基树脂作交联剂的涂料广泛地应用与汽车、工农业机械、刚制家具、家用电器和金属预涂等工业涂料。氨基树脂在酸催化剂存在时,可在底温烘烤或在室温固化,这种性能可用于反应性的二液型木材涂装和汽车修补用涂料。在工业涂料领域,使用的氨基树脂多以三聚氰胺树脂为主,这种类型的氨基树脂主要分为甲醚化和丁醚化,主要区别如下:

热固性丙烯酸树脂的交联是通过聚合物链上的功能基团来进行的,所以聚合物链上的功能基团是决定采用何种交联途径的先决条件。一般来说,可进行交联固化的丙烯酸酯可含有下列官能团:

涂料用氨基树脂是一种多官能团的化合物,以含有(-NH2)官能团的化合物与醛类(主要为甲醛)加成缩合,然后生成的羟甲基(-CH20H)与脂肪族一元醇部分醚化或全部醚化而得到的产物。根据采用的氨基化合物的不同可分为四类:脲醛树脂、三聚氰胺树脂、苯代三聚氰胺树脂、共聚树脂。

含羟基或羧基的丙烯酸树脂可以与氨基树脂上的羟甲基或丁氧基发生交联反应固化成膜。

脲醛树脂在所有氨基树脂中最便宜,固化速度最快,但耐候性差。主要用于木制家具的清漆。三聚氰胺甲醛树脂经各种醇醚化改性后用于汽车面漆、厨房用具漆、卷材、印铁制罐等方面。还用于高固体分色漆,具有良好的外观丰满度。三聚氰胺甲醛树脂在涂料工业中的另一主要用途是用作其它树脂的固化剂,用量为10%~50%。常用来固化的树脂有醇酸、聚酯、环氧和丙稀酸等树脂。

目前市场上基于TDI的聚异氰酸酯主要有TDI加成物、TDI三聚体、TDI/HDI共聚物和TDI预聚物。TDI加成物是由TDI和二羟甲基丙烷(TMP)加成所得,其结构式如下图

早在20世纪50年代我国就开始研发聚氨酯涂料,并取得了一批研究成果,如氨肥厂脲素造粒塔用聚氨酯涂料、储油罐车用白色聚氨酯涂料等,但因众所周知的原因,直到1978年产量仅699t,80年代以后,随着人民生活水平的提高,木器家具产业、汽车产业、铁路车辆及石油化工的发展,聚氨酯涂料进入快速发展期, 1990年产量为1.4万t,2000年产量为8万t,2004年我国聚氨酯涂料市场的生产总量大约在20万t,约占涂料总产量的6.7%,并在珠江三角洲和长江三角洲形成了两大生产基地。

我国的聚氨酯涂料以芳香族木器家具涂料及地板清漆为主,脂肪族多异氰酸酯大多来自国外,因其不泛黄,耐日晒,大多应用于高档用途,如飞机蒙皮、汽车及高级建筑等。目前我国的聚氨酯涂料以双组分醇酸聚氨酯涂料为主,该类涂料是以TDI预聚物与含羟基的醇酸树脂制成的,但因其泛黄严重,只能用于深色室内用涂料。随着技术的发展,尤其是高装饰性耐候涂料需求量的增长,采用不泛黄的脂肪族聚氨酯原料,以改进泛黄性,提高耐候性。用于涂料中的脂肪族异氰酸酯主要有1, 6 -己基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯( IPDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(HMDI)及其衍生物,用量最大的为HDI型。为了提高聚氨酯涂料的产品质量和降低生产成本,国内聚氨酯涂料生产厂家选用异氰酸酯预聚物,主要有加成物、缩二脲和三聚体。20世纪90年代初,单组分聚氨酯涂料也形成了一定的生产规模,主要以聚氨酯油为基料,可以生产清漆和色漆。

氨基树脂上的羟甲基或丁氧基与醇酸树脂上游离的羟基能发生交联反应而固化。用醇酸树脂固化三聚氰胺甲醛树脂,固化速度快,固化温度为250℃左右,漆膜硬度高,光泽和保光性好,具有极好的耐化学品性和户外耐久性。

氨基树脂上的羟甲基或丁氧基可以与环氧树脂上的环氧基或羟基发生交联反应固化成膜。固化漆膜具有优异的粘结性、耐化学品性、保色性、保光性,广泛用于金属的涂装。

甲醚化氨基树脂:甲醇挥发快,较活泼。用于醇酸树脂交联时,通常为120C,30分钟。在水性涂料中使用。

丁醚化氨基树脂:丁醇挥发慢,较稳定。用于醇酸树脂交联时,通常为150C,30分钟。适合于在有机溶剂的涂料中使用。

氨基树脂在高温下可以自身固化,形成非常坚硬而又脆的膜,在少量酸催化下能提高固化速度,固化温度在100~160℃范围内。氨基树脂固化时脆又硬,不能单独作涂料使用。常与含有羟基、羧基。酰氨基的柔软性好的其它树脂进行交联固化,得到有用的涂料。

丙烯酸聚氨酯涂料一般是双组分涂料,分为羟基组分和异氰酸酯组分,羟基组分是含羟基的丙烯酸树脂,异氰酸酯组分是TDI、MDI或者HDI的预聚物。

羟基组分中含有丙烯酸树脂、溶剂、颜填料(如果是亮光清漆则没有)、助剂(可能是流平剂、消泡剂、分散剂、防沉剂等等)。

我们通常说的羟基丙烯酸树脂就是含有羟基的丙烯酸单体与其他丙烯酸单体共聚而成,区别热塑性丙烯酸树脂,虽然热固性丙烯酸树脂也含有羟基我们通常也不会把它划到羟基丙烯酸树脂;羟基丙烯酸树脂主要是自身的OH与含有NCO基团的固化剂反应成膜.广泛应用在木器\塑胶\汽车等领域.

因此在汽车、家电、金属家具、仪器仪表、设备防腐、建筑、木制品、纺织品、造纸、塑料制品,工业方面有着广泛的应用。

聚氨酯涂料因其涂膜具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、硬度大、高弹性等优点,且组分调节灵活,已广泛应用于家具涂装、金属防腐、汽车涂装、飞机蒙皮、地板漆、路标漆等。聚氨酯涂料已成为涂料业中增长速度最快的品种之一,据文献报导,在美国其增长2倍于涂料工业的增长率,用量居醇酸与环氧之间。近年来研究的方向之一是发展环保型聚氨酯涂料,政府对环境保护的严格法规,限制涂料施工时有害物质的排放,促使聚氨酯涂料向水性化、粉末化及高固体份方向发展。

作为漆膜若单独用氨基树脂,制得漆膜太硬,而且发脆,对底材附着力差,所以通常和能与氨基树脂相容,并且通过加热可交联的其它类型树脂合。

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