聚氨酯漆(PU)講座

1、PU涂料簡介涂料簡介 一一 聚氨酯涂料的特點聚氨酯涂料的特點二二 異氰酸酯與羥基反應(yīng)類型異氰酸酯與羥基反應(yīng)類型三三 PU漆的基本化學(xué)反應(yīng)漆的基本化學(xué)反應(yīng)四四 NCO/OH型雙組分聚氨酸涂料的配制型雙組分聚氨酸涂料的配制五五 影響涂膜性能的因素影響涂膜性能的因素六六 涂層物性涂層物性七七 漆膜常見問題漆膜常見問題 一一 聚氨酯涂料的特點聚氨酯涂料的特點 1 漆膜的耐磨性強(qiáng) 2 聚氨酯漆附著力強(qiáng) 3 硬度高 4 施工性好, 0、室溫、高溫均可固化 5 漆膜的耐溫性能好 6 具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性和耐油性及耐候性二二 異氰酸酯與羥基異氰酸酯與羥基反應(yīng)類型反應(yīng)類型A 封閉型聚氨酯涂料（單組分）將多異氰酸

2、酯或端異氰酸基的加成物或預(yù)聚物，用封閉劑封閉起來，使-NCO暫時失活，再同含有-OH的組分混合，成為單組分聚氨酯涂料。施工時高溫（100-150），封閉劑解封，重新釋放出-NCO，與-OH反應(yīng)固化成膜。不同的封閉劑，解封溫度不同。 B -NCO/-OH反應(yīng)固化型 異氰酸酯的加成物或預(yù)聚物與多羥基化合物反應(yīng)。使用前將兩者按一定比例混合，可室溫固化成膜，也可高溫下烘烤干燥成膜。此類涂料性能的影響因素：-NCO/-OH比例；所使用多元醇的類型、分子量、官能度；主鏈上氨基甲酸酯鍵和脲鍵的濃度和分布；交聯(lián)密度及固化溫度。三三 PU漆的基本化學(xué)反應(yīng)漆的基本化學(xué)反應(yīng)固化劑內(nèi)所含的異氰酸酯基（-NCO）是非常

3、活潑，能與多種化合物反應(yīng)，其基本的化學(xué)反應(yīng)敘述如下：1 、異氰酸酯與含羥基化合物的反應(yīng)，反應(yīng)式如下：R-N=C=O + R1-OH -R-NH-C-O-OR1該反應(yīng)是加成聚合逐步反應(yīng)，無任何低分子物產(chǎn)生.反應(yīng)所生成的氨基甲酸酯基中氮原子上的氫原子受羰基的電子效應(yīng)影響，在較高溫度（100以上）或在催化劑存在之下低溫度又能和過量的異氰酸酯進(jìn)一步反應(yīng)生成脲基甲酸酯R-N=C=O + R-NH-C-O-OR1- R-N(-C-O-OR)- C-O-OR1聚氨酯涂料經(jīng)烘烤后的交聯(lián)密度高，比常溫固化的要好，特別是耐化學(xué)性要好得多，因為除了本身的氨酯鍵外，還存在脲基甲酸酯鍵2、異氰酸酯與水反應(yīng)R-N=C=O

4、 + H2O - R-NH-C-O-OH - R-NH2 + CO2R-N=C=O + R-NH2 -R-NH-C-O-NH-R13、異氰酸酯與羧酸反應(yīng)異氰酸酯與羧酸基反應(yīng)也是逐步加成聚合反應(yīng)，放出CO2，反應(yīng)過程如下：R-N=C=O + R-C-O-OH-R-NH-C-O-O-C-O-R1-R-NH-C-O-R1 + CO2利用羥基丙烯酸樹脂（甲組分，即PU光油）與脂肪族多異地氰酸酯預(yù)聚物組分（乙組分）配合可制成色澤淺、保光保色性優(yōu)、戶外耐候性好的高裝飾性涂料。四四 NCO/OH型雙組分聚氨酸涂料的配制型雙組分聚氨酸涂料的配制 成膜基理NCO/OH型雙組分聚氨酯涂料的成膜過程實際上是一個復(fù)雜

5、的固化反應(yīng)的過程，成膜基理是-NCO基與-OH基團(tuán)之間的化學(xué)反應(yīng)。但所形成的氨酯鍵在催化劑存在下，其氨酯鍵中的仲氮原子上的活潑氫還會和過量的-NCO基反應(yīng)生成脲基甲酸酯鍵。在一定條件下，這一反應(yīng)還可以迅速地發(fā)展下去，直到耗盡殘留的-NCO基上述反應(yīng)在理論上只要有過量的-NCO基存在，氨酯鍵中的活潑氫即可參與反應(yīng)下去。實際上，因成膜反應(yīng)主要是-NCO與-OH基的反應(yīng)，但尚存在所形成氨酯鍵中的活潑氫與-NCO反應(yīng)以及羥基組分中帶來微量水與-NCO的反應(yīng)，在這些復(fù)雜反應(yīng)中存在著競爭反應(yīng)，而氨酯鍵中的活潑氫在室溫下的反應(yīng)極緩慢，當(dāng)溫度上升時反應(yīng)速率又會加快如上所述， NCO/OH型雙組分聚氨酯涂料的固

6、化是多種化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，生成不同的化學(xué)鍵使涂膜兼有多種結(jié)構(gòu)，從而獲得了各種良好的性能五五 影響涂膜性能的因素影響涂膜性能的因素涂膜的性能有多方面的因素影響，主要有：1 、NCO/OH基的當(dāng)量基的當(dāng)量比比配漆時光油與固化劑的比例，通過折算后就是NCO/OH基的當(dāng)量比。若NCO：OH1，即固化劑太少，不足以與甲組分反應(yīng)，則涂膜發(fā)軟、發(fā)黏、耐水性差，更不耐溶劑及化學(xué)性；但NCO：OH1，即固化劑過多、過量的NCO基將吸收空氣中的水分而生成脲鍵，放出CO2，進(jìn)而又可生成縮二脲鍵、脲基甲酸酯鍵等等，造成涂膜交聯(lián)密度過大、涂膜脆性大、涂膜表面狀況不好，易出現(xiàn)針孔弊病。一般選擇OH/NCO = 1:（1.1

7、-1.2）（當(dāng)量比）。必須注意的是這個比例并不是我們配漆時光油與固化劑的比例，但光油與固化劑的比例就是按此當(dāng)量比計算得到的。NCO的量=42*100*OH%/(561*NCO%)2 、固化條件、固化條件固化條件主要指雙組分聚氨酯涂料固化的環(huán)境溫度和濕度條件。反應(yīng)溫度的條件不同，所形成的涂膜的性能也各異。實踐證明：在室溫條件下，聚氨酯涂料的固化需要相當(dāng)長的時間，聚氨酯涂料在大于70條件固化時，涂膜的耐水性、耐磨性等均有提高.3、 催化劑品種和催化劑品種和用量用量催化劑的作用在于增加-NCO基與-OH反應(yīng)活性，加速交聯(lián)固化成膜反應(yīng)進(jìn)行，對涂膜的交聯(lián)程度有較大的影響。催化劑品種的選擇和用量的多少，必

8、須根據(jù)甲、乙組分的種類和使用要求的不同，通過實驗來確定4、溶劑的選擇、溶劑的選擇不能選擇含有醇類，醚類基團(tuán)的溶劑做為PU漆的稀釋劑，這類基團(tuán)會與異氰酸根反應(yīng)，消耗固化劑的量。六六 涂層物性涂層物性從涂料本身而論，其技術(shù)性能就是一個內(nèi)在矛盾的統(tǒng)一體，一般說涂層成膜物質(zhì)分子間的內(nèi)聚力越大，涂層的機(jī)械強(qiáng)度、耐水性及耐化學(xué)腐蝕性等性能就越好，涂層的使用壽命越長，但涂層對被涂物表面的附著力就越差。涂層的硬度與柔韌性的關(guān)系也是彼消此長的，涂層的硬度高柔韌性就差，反之，涂層的柔韌性好硬度就差，這是涂料本身所決定的，因此，在選擇涂料品種時，應(yīng)著重考慮其涂層性能的主要方面而適當(dāng)兼顧其他方面1 涂層涂層附著力附著

9、力附著力是指涂層與被涂物表面之間或涂層與涂層之間相互結(jié)合的能力。良好的附著力對被涂產(chǎn)品的防護(hù)效果是至關(guān)重要的，一種涂料產(chǎn)品的其他性能無論多么優(yōu)異，但如果與被涂物表面的結(jié)合力太差，或者是因施工不當(dāng)而造成涂層在產(chǎn)品的運輸或使用過程中過早脫落，也就談不上有什么防護(hù)效果涂層附著力的好壞取決于兩個關(guān)鍵因素：一是涂層與被涂物表面的結(jié)合力；二是涂裝施工質(zhì)量尤其是表面處理的質(zhì)量涂層與被涂物的結(jié)合可分為三種類型：化學(xué)結(jié)合、機(jī)械結(jié)合和極性（吸附）結(jié)合。其結(jié)合通常是某兩種或三種結(jié)合方式同時發(fā)揮作用使涂層粘附在物體表面 涂層涂層三種三種結(jié)合力結(jié)合力化學(xué)結(jié)合：即涂層與基材之間形成化學(xué)鍵（如氫鍵）機(jī)械結(jié)合：即涂料分子滲透

10、到粗糙表面的凹穴或孔隙中去極性結(jié)合：是靠分子之間的作用力，即范德華力結(jié)合，是分子水平的吸附表面處理的目的是盡可能的消除涂層與被涂物體表面結(jié)合的障礙，排除如油水或其它雜質(zhì)等影響化學(xué)結(jié)合及極性結(jié)合的因素，使涂層能與被涂物表面直接接觸，表面處理的質(zhì)量與涂層附著力息息相關(guān)2 涂層厚度涂層厚度涂層厚度是涂裝施工需要控制的一項重要指標(biāo)，涂層厚度控制是否合理，將直接影響涂層的外觀質(zhì)量與其他性能。例如一次涂得過厚易造成流掛、起皺等弊?。欢康锰t不易流平，且在一定的涂層厚度范圍內(nèi)需要涂覆的道數(shù)增加，使涂裝費用也隨之提高。每道漆涂覆的厚度范圍與涂料品種、防護(hù)要求、施工方式、底材表面特性等因素有關(guān)。對于我們所采

11、取的涂裝方式，即單組分塑膠漆打底、再罩PU面漆，最好是在不流掛的情況下盡可能噴厚以利于流平及提高防護(hù)效果3 涂層硬度涂層硬度硬度是表示涂層機(jī)械強(qiáng)度的重要性能之一，其物理意義可理解為涂層被另一種更硬的物體穿入時所表現(xiàn)的阻力。涂層硬度與涂料品種及涂層的固化程度有關(guān)。在此要提出的是涂層的固化程度直接影響其硬度值，即硬度由小到大是涂層在干燥過程中時間的函數(shù)，完全干燥的涂層才具有特定的最高硬度。此外，涂層的硬度越高，其柔韌性、耐沖擊性則隨之下降4、涂層耐溶劑，耐磨性，耐化性及耐候性、涂層耐溶劑，耐磨性，耐化性及耐候性PU涂料中的化學(xué)基團(tuán)主要為氨酯鍵結(jié)構(gòu)，同時NCO既可以和OH反應(yīng)，同時自身也進(jìn)行反應(yīng)，無

12、小分子殘留，反應(yīng)可以形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，兼顧韌性與硬度，綜合性能優(yōu)異。七七 漆膜常見問題漆膜常見問題1 不干不干A、現(xiàn)象：油漆施工后，長期放置或催化干燥，漆膜始終發(fā)軟、發(fā)黏、或最終沒能達(dá)到應(yīng)有硬度B、原因：造成不干的根本原因是漆膜固化不完全。羥基丙烯酸與異氰酸酯在常溫下盡管反應(yīng)緩慢，經(jīng)常需要一周時間，但仍會固化，所以固化不完全大多是NCO/OH1，即固化劑量不足與羥基丙烯酸反應(yīng)，使后者過量殘留漆膜造成。另外，施工濕度太大、氣溫太低，被涂表面處理不干凈也會使固化不完全C、預(yù)防措施：嚴(yán)格按照施工比例調(diào)配雙組分PU漆，攪拌均勻，同時注意施工環(huán)境控制2 氣泡氣泡A、現(xiàn)象：在漆膜上產(chǎn)生氣泡狀的腫起和孔的

13、現(xiàn)象，即在漆膜內(nèi)部有氣泡。對于雙組分 PU面漆，產(chǎn)生氣泡的原因多且復(fù)雜。氣泡的實質(zhì)為兩種：a由于溶劑蒸發(fā)產(chǎn)生的泡稱為溶劑泡；b生產(chǎn)施工時，油漆夾帶的氣泡在涂裝成膜過程中未消失而產(chǎn)生的稱為空氣泡B、原因a 對于雙組分PU漆，在調(diào)配時加入固化劑，反應(yīng)過于激烈，產(chǎn)生大量熱量是產(chǎn)生溶劑泡最常見的原因b 剛噴涂的漆膜急劇加熱，溶劑蒸發(fā)太快也是產(chǎn)生溶劑泡的原因所在c 空氣泡大多是生產(chǎn)或施工時油漆本身夾帶到漆膜的d 被涂表面含有水分、塵埃也是產(chǎn)生空氣泡的常見原因C、現(xiàn)場預(yù)防措施：a 油漆調(diào)配、攪拌均勻后，應(yīng)靜置1015分鐘，等攪拌產(chǎn)生的氣泡完全消失后使用，施工過程如需連續(xù)攪拌，應(yīng)控制轉(zhuǎn)速不致有氣泡生成b 剛噴涂的漆膜烘烤干燥時應(yīng)徐徐加熱升溫，讓溶劑平緩揮發(fā)，不可急劇加熱以致表干過快，漆膜過早封閉，阻礙內(nèi)層溶劑逸出。換句話說，涂膜表面應(yīng)有足夠的開放時間，以保證溶劑揮發(fā)逸出c 注意施工環(huán)境，噴