双组分溶剂型聚氨酯是大多数涂料市场中高性能涂料的基准标准。对于配方器，优点包括:
- 由于可获得多种共反应物和交联剂，配方范围广;
- 高质量的外观;
- 使用脂肪族多异氰酸酯的紫外线稳定性和耐候性;
- 耐化学和溶剂性;而且
- 由于聚氨酯和尿素的连接，硬度，柔韧性和韧性。
改善这种情况的一种方法是使用多异氰酸酯交联剂。第一批多异氰酸酯交联剂是在20世纪90年代初引入的，受到了很多质疑。当时和今天，水载系统的挑战是有效地将反应性体系分散在水中，并保持高性能。由于不断的研究和开发，2k -水性PUR涂料的性能不断提高。因此，今天的水性PUR系统表现出与同类溶剂型系统相同，有时甚至更好的整体性能。
市场/性能驾驶员
自问世以来，双组分水性聚氨酯系统的市场驱动力已经发生了转变。最初，司机实现了低VOC、低气味、易于应用和清洁。这种化学的独特性和满足这些要求的能力使拜耳材料科学在2000年获得了EPA绿色化学奖。随着市场的成熟，对这些系统提出了更高的要求，不断改进的系统应对了这些挑战。最近，主要的驱动因素是尽可能匹配2k溶剂特性。这在需要耐化学和耐染色的领域，需要快速干燥特性的应用，独特的薄膜特性，如柔软的触感，以及对各种塑料和木材等困难基材的良好附着力。树脂设计-共反应物和交联剂
广泛的树脂设计已经发生，使2k -水性聚氨酯系统达到其目前的性能状态。工作必须在树脂或Bayhydur®多元醇部分以及Bayhydur®多异氰酸酯交联剂上进行。任何一个研究方向都是有趣的读物。然而，本报告的重点是讨论从20世纪90年代初引入到今天的多异氰酸酯交联剂的化学和发展。对涂料配方者来说，许多性质是重要的。涂料的一个重要特性是其清晰度和整体外观。有效分散异氰酸酯交联剂的重要性可以很容易地通过观察两个相似系统的外观来证明。
可分散性的重要性
在第一个例子中，可以看到，当使用手动混合应用时，标准疏水多异氰酸酯没有正确地分散在多元醇分散体中。在图1右侧的电子显微镜照片中，可以清楚地看到多元醇基质中多异氰酸酯的未分散畴。在图1的左边，一个实际的薄膜被铺设在系统标签的上半部分。多异氰酸酯的分散性差是由薄膜的不透明性所表现出来的。
水分散发展
水分散性多异氰酸酯的开发可以采用几种不同的概念方法。第一个问题是应该使用内部乳化剂还是外部乳化剂。市面上有各种各样的表面活性剂。然而，拜耳材料科学公司很早就决定专注于内部乳化剂。人们认为使用外部表面活性剂可能会导致起泡、耐水性下降和脸红等问题。这主要是由于外部表面活性剂能够通过涂层迁移到表面。
第一代产品
由于内部表面活性剂被反应到多异氰酸酯树脂的骨架中，它不具有通过涂层迁移的能力。从概念上讲，离子乳化剂或非离子乳化剂都可以使用。最初的开发工作集中在以单官能团亲水聚醚为乳化剂改性HDI多异氰酸酯。这些被纳入标准疏水多异氰酸酯交联剂通过氨基甲酸乙酯连接。这是第一代亲水产物(图3)。所示的通用结构基于HDI异氰尿酸酯三聚体。基于HDI的第一代产品具有良好的综合性能。它们相对容易分散，形成稳定的乳剂。它们具有良好的反应性，可用于广泛的配方中。通过改变聚醚的分子量和用量，可以以分散性为代价获得更高的耐化学性。也可以使用低粘度起始多异氰酸酯来获得低粘度、水分散的交联剂。这提高了分散性，但也可能导致功能较低。该产品线的另一个特点是能够为粘合剂应用量身定制产品，具有更高的功能和更低的水敏感性。即使在今天，大部分的开发工作都是基于hdi的产品。
最后，第一代产品已经使用基于ipdi的多异氰酸酯生产。这种交联剂是一种高Tg材料，可用于汽车修补应用，例如，产生高硬度的快干涂料。这种类型的交联剂以溶剂形式提供，以保持其液态，并且具有比hdi基材料更低的反应活性。
第二代产品
第2代产品的开发着眼于最终涂层的整体性能的逐步变化。用于修饰起始多异氰酸酯的单官能团亲水性聚醚通过异phanate链接而不是氨基甲酸乙酯链接并入水分散交联剂(图4)。这允许使用更少的聚醚，同时获得更高水平的分散性。相应地，这降低了最终薄膜的水敏感性，因为有更少的聚醚纳入。最后，交联剂具有更高的功能性，具有更好的耐化学性和硬度，具有更快的性能发展。
第三代产品
在最近的事态发展中，采取了一种新的办法。取代使用非离子内乳化剂，离子乳化剂的使用已被开创。这些可以反应成树脂主干类似的方法与第一代和第2代产品。使用一种独特的磺酸，这些反应使用尿素连接。尿素连接提供了额外的氢键，有助于系统的整体性能。与第二代产品相比，这种独特的组合提高了分散性，提高了硬度，具有相当的甚至更好的耐化学性。除了NCO含量较高外，这些产品相对于非离子乳化交联剂也具有较低的水敏感性。与聚氨酯分散体类似，图5所示的中和胺会蒸发，在最终涂层中留下较低的残余亲水性。因此，第3代产品的长期水敏感性相对于第1代和第2代产品有所降低。最后一个发展领域是使用低粘度HDI多异氰酸酯作为水分散和疏水系统的混合伙伴。通过降低最终交联剂混合物的粘度，提高了任何体系的分散性。无论您需要手工混合原料，还是将疏水性交联剂混合到水性系统中，都是如此，以达到可用的最高性能水平。
制定注意事项
图6中发现的通用公式具有广泛的用途。通过调整成分，它可以满足各种各样的性能目标。主要成分是多元醇和多异氰酸酯交联剂。以重量计，多元醇乳剂的成分最多。它们有各种各样的化学成分。通过仔细选择，配方机可以改变硬度、耐化学和耐腐蚀性、成膜温度、易着色性、耐候性、触感、VOC和成本。按重量计算的第二种成分是多异氰酸酯交联剂。这是允许制定2K WB PU系统的使能技术。交联剂的精心选择对分散性、性能发展、耐化学性、水敏感性、成本、寿命和VOC有很大的影响。
应用实例/性能优势
当使用2k -水性聚氨酯涂料时，配方师可以使用各种各样的配方纬度。这允许调整配方，以满足截然不同的目标市场和性能标准。正如开头所讨论的，目前的市场驱动因素之一是使水性系统满足2K PU溶剂型涂料设定的性能标准。最近，2K WB PU涂料在一些领域取得了成功，其性能优势如图8所示。
结论
很明显，我们已经从这项技术首次引入时受到的早期怀疑中走了很长一段路。为了使这项技术可行，并使其达到我们对聚氨酯涂料所期望的高标准性能，在优化共反应物和多异氰酸酯方面进行了大量的开发工作。在这项工作中，快速概述了WB多异氰酸酯交联剂的发展，以及每一代如何进一步提高2K WB聚氨酯涂料的性能窗口。显然，这是由正在发展的水基共反应物的补充。然而，该领域的使能技术是各种亲水性多异氰酸酯交联剂的性能。我们拥有广泛的配方专业知识，可以为涂料、粘合剂和密封剂等多种应用定制性能。随着我们在这方面的扩展，它将使我们能够继续满足有关VOC和HAPS的立法以及市场对改进性能、用户友好性和“绿色”特征的需求的更严格的要求。
欲了解更多信息，请致电412/777-7658或电子邮件:myron.shaffer@bayerbms.com联系Myron Shaffer。
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