双组分水性聚氨酯(2K WB PU)涂料技术自1990年开始商业化，主要是为了解决当时溶剂型技术无法实现的VOC降2022世界杯八强水位分析低要求。为了达到传统溶剂型双组分聚氨酯涂料的性能性能和应用范围，该技术的进展已经解决了水性涂料固有的许多缺陷。
然而，2K WB PU系统的一个缺点是很难克服的干燥速度，特别是在高湿度条件下。当使用典型的聚酯多元醇作为体系的OH组分时，这一点尤其明显。在高湿度条件下，丙烯酸多元醇的干燥时间不会变慢，但其他性能，如柔韧性、耐久性或耐化学性可能会受到影响。因此，研究合适的催化剂是否可以改善聚酯基2K WB PU涂料的干燥时间是很有意义的。
二月桂酸二丁锡(DBTDL)等常见的聚氨酯催化剂在水性体系中的性能下降主要是由于水基质中的不相容性和水解不稳定性。提高水解稳定性和水溶性是有效的水性聚氨酯催化剂的两个重要特征。除了这些特点外，一个合适的水性聚氨酯涂层催化剂应该提供所需的反应性和性能发展的广泛配方特征(化学，功能，添加剂，固体百分比等)。理想情况下，有效的水性聚氨酯催化剂还应在各种环境条件下(包括温度和相对湿度)促进一致的应用和性能属性。
Reaxis开发了一种新的水溶性催化剂，与典型的聚氨酯催化剂相比，该催化剂具有优异的水解稳定性，并在多种环境条件下提高2K WB PU配方的性能。这篇文章将集中讨论保质期稳定性，锅寿命，干燥时间，耐溶剂性和湿度对固化速率的影响。
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反应性和成膜性
有两种方法可用于制备稳定的2K WB PU涂层配方。(2)第一种方法涉及使用亲水性改性多元醇，以提供乳化能力，从而允许使用典型的疏水多异氰酸酯。多元醇液滴通常要小得多，并包围多异氰酸酯液滴，有助于分散它。当多元醇液滴包围较大的多异氰酸酯液滴形成稳定的多异氰酸酯胶束时，发生乳化。
此外，典型的2K WB PU涂层可以使用亲水性改性聚异氰酸酯混合到多元醇分散体中制备。在没有多元醇的帮助下，多异氰酸酯可以形成胶束结构(图1)。随着配方的老化，多异氰酸酯液滴和多元醇液滴可以开始结合，颗粒尺寸会增大。这通常会导致初始粘度降低。由于这种下降，这些体系的罐寿命不是通过测量粘度随时间的增加来确定的，这是典型的溶剂型2K聚氨酯体系。
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一旦使用该配方，水开始蒸发，粒子开始结合并形成一层膜。(3)图2中的固化剖面是通过FT-IR跟踪水和异氰酸酯基团(NCO)的相对浓度生成的。剖面显示，大部分的水在前30分钟蒸发，60分钟后几乎所有的水都蒸发了。此时，主要发生的反应是多元醇羟基(OH)与多异氰酸NCO基团的反应。催化剂的反应性和选择性是重要的，因为与水的竞争反应是重要的，当配方是在搅拌锅中，在涂膜后的前30到60分钟。一种能优先促进NCO基团与多元醇羟基的反应而不是与水的反应的催化剂是非常可取的。过多的水与NCO基团反应会导致二氧化碳释放产生气泡。如果催化剂过于活跃，在所有的水蒸发之前就会发生过多的交联，二氧化碳气泡被困住就会形成针孔。
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使用催化剂的优点可以用一个简单的FT-IR实验来说明。对用和不用催化剂固化的薄膜的分析显示了固化完成度的差异。两天后，使用新型Reaxis™C333催化剂固化的薄膜中看不到异氰酸酯峰。在不含催化剂的薄膜中，异氰酸酯峰(2265 cm-1)仍然很容易看到，如图3所示。
实验
两种不同反应活性的聚酯/六亚甲基二异氰酸酯(HDI)配方被用于本研究。在本文中，这些配方的定义如下:配方1由拜耳Bayhydrol®2591聚氨酯改性多元醇和Bayhydur®2487/1 -异氰酸酯组成。配方2包括美国聚合物公司的W2K®2002聚酯多元醇和Bayhydur 302异氰酸酯。
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根据多元醇的羟基功能和骨架结构，我们进一步将其定义为高性能和标准性能的配方。因此，配方1 (OH当量重量为436的四官能聚氨酯功能多元醇)被定义为高性能，而配方2 (OH当量重量为252的聚酯多元醇)被定义为标准性能。在100%固体条件下，Bayhydrol 2591的当量重量为436,W2K 2002的当量重量为252。这些公式见表1和表2。催化剂使用的树脂固体水平为0.2%。
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在制备涂层时，将A部分(多元醇、催化剂、水、润湿添加剂)与B部分(异氰酸酯)混合1分钟。使用Binks虹吸喷枪将喷枪上的压力设置为50psi，将每个涂层喷涂到铝基板上，干燥膜厚度为1.5-2.0密耳。根据所用测试方法的要求，将涂层进行特定时间的风干。采用astm定义的固定接触、无尘、干硬、MEK双摩擦和铅笔硬度的方法来确定物理性能。
结果
物理性质比较物理性能的结果表明，使用Reaxis C333的配方提供了最短的干燥时间，从固定到接触到硬干。它们也产生了与其他催化剂相同的终极物理性能。当然，最终的物理性能是由所选原材料的性质决定的。C333帮助在最短的时间内实现这些终极性能。催化剂促进了达到最终性能所需时间的缩短，但如果它们促进了不良的副反应，也会降低最终的物理性能。因此，选择性是一个重要的特性。
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表3显示，所有催化剂在稳健多元醇中的表现相似，但C333的干硬时间最好。我们将多元醇的稳健性定义为在所有其他条件相同的情况下，在配方中提供更好的最终膜性能的倾向。表4显示了使用C333在稳定性较差的多元醇体系中性能发展更快。
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C333催化剂的一个重要优点是它在有机和水相中都是可溶的。这使得催化剂与大多数体系兼容，并确保配方中的均匀分布。这有助于确保涂层的均匀固化。
保质期稳定
在实际应用中，为2K WB PU系统的A和B组分建立合适的货架寿命稳定性是很重要的。当催化剂添加到A侧时，通常可以看到最好的稳定性。使用催化剂在B侧(NCO)可导致副产物的形成，如二脲酸盐，异氰酸盐，在一定条件下，尿素。此外，在A侧使用催化剂避免了水/NCO反应的催化，如果混合物在静置时吸收了水。
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有些催化剂被设计用于多异氰酸酯基体(B侧);然而，这并不是常见的做法。如前所述，如果水分进入多异氰酸酯成分，这将导致许多问题。我们没有观察到老化和未老化的B侧配方在性能上的任何差异，除了C333系统最好地保留了铅笔的硬度。只要B面保持不受潮，C333在任何一面使用都显示出最好的通用性。
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贮存期
在水性涂料中，通常不通过粘度的增加来衡量锅的寿命，因为通常会遇到粘度随老化而下降的情况。水性涂料锅寿命的典型测量包括在特定老化时间后的物理性能测定。
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虽然C333促进了最终性能的实现，但在混合a、B面后仍有合理的工作时间(至少2小时)。由于锅内的一些反应，干燥时间缩短了，但最终性能不变。但是，从表8和表10中可以看出，老化后c333基体系与其他催化剂相比，铅笔硬度的差异更明显。
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变湿度下的涂层性能
C333催化剂在广泛的湿度条件下提供坚固的固化。高湿度经常导致水性涂料干燥缓慢。当使用C333时，涂层的干燥时间和最终物理性能基本不变。这对终端用户是有利的，因为它允许在更广泛的条件下进行涂层应用。例如，一致的应用可以在高湿度和/或高温的外部环境中实现，温度和湿度是不可控制的。
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异氰酸酯/水反应与异氰酸酯/羟基反应的选择性
用红外光谱(FT-IR)研究了C333对异氰酸酯与水的羟基反应的相对选择性。聚异氰酸酯和共反应物在0.8摩尔浓度的二丙二醇二甲醚中混合。催化剂使用在200 ppm的金属浓度基础上的反应固体。
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NCO吸光度的峰值高度被绘制为负自然对数(-Ln)与时间(以分钟为单位)的比值。然后将这些地块的坡度进行比较，以确定相对比率。由图4可知，1-丁醇与一伯脂肪族NCO基团的反应速度比水与NCO基团的反应速度快6.7倍。这对于2K水性聚氨酯涂料的配方是非常有利的，因为它有助于防止起泡，而起泡会导致薄膜外观不良。Seneker和Potter报道了DBTDL的选择性约为2。
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由图5可知，DBTDL催化的水与NCO的反应速度是C333催化的1.45倍。
摘要和结论
Reaxis C333是一种水溶性、水解稳定的催化剂，可在各种温度和湿度条件下为2K WB PU配方提供快速干燥时间和非常好的物理性能。许多2K WB PU系统在较高湿度下干燥时间较慢，物理性能下降，因此使用C333提供了更广泛的应用范围。
C333的独特之处是它可溶于水和有机介质，因此提供了非常宽的配方范围，并允许在液体涂层中均匀分布，导致整个膜的均匀固化响应。
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含有该催化剂的2K WB PU配方的物理性能和干燥时间在老化后仍然保持，这一事实证明了C333的鲁棒性。此外，这些配方的锅寿命和货架稳定性都很好。
红外光谱(FT-IR)证实了C333在促进异氰酸酯与羟基与水的反应方面优于DBTDL。对于2K WB PU涂层的配方来说，这是一个非常重要的优势，因为它有助于防止起泡，这有助于优化薄膜外观。
需要进一步的实验来更好地定义和理解C333在2K WB PU系统和相关涂层技术中使用的优势。2022世界杯八强水位分析这项初步研究提供了有希望的数据，值得进一步研究。
如需了解更多信息，请联系Reaxis Inc.，电话:800/426.7273或访问www.reaxis.com。
本文在2010年聚氨酯技术会议上发表，该会议由美国化学委员会聚氨酯工业中心与UTECH北美合作主办，在德克萨斯州休斯顿举行。
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