政府对挥发性有机物(VOCs)的规定越来越严格，其浓度已升至50-100克/升，这推动了人们使用水性涂料而不是溶剂型涂料的愿望。此外，消费者要求低气味的涂料，特别是用于室内应用的涂料。目前面临的挑战是制造一种低voc、低气味的涂料系统，使其具有双组分溶剂型聚氨酯涂料的性能。

双组份水性聚氨酯涂料经过几十年的发展，目前已达到低气味、低VOC的要求。此外，这些涂料的质量已经稳步提高，其性能性能优于双组分溶剂型聚氨酯涂料。然而，到目前为止，很少有科学研究专门记录这两种涂层系统的性能比较。

本文描述了在拜耳材料科学实验室进行的一套设计好的实验:比较双组份水性聚氨酯涂料和双组份溶剂型聚氨酯涂料的涂料性能。该研究使用了用于农业、建筑和土方(ACE)市场的金属涂层涂料。

实验

颜料包含了ACE市场上最显著的三种颜色——绿色、黄色和红色。一旦这些涂料配方成型，它们就被喷到处理过的钢板上，并在室温下固化。首先涂上彩色的涂层，让它闪光，然后用与彩色涂料相同的树脂涂上一层透明的面漆。每种颜色的树脂组合为每种树脂系统提供三个读数。

涂料配方

使用标准的透明配方和添加适当颜色的预分散颜料来配制每种颜色的涂料。表1显示了本研究中使用的典型透明水性配方。表2显示了溶剂型透明配方。

树脂的描述

本研究中使用的涂料体系均为双组分涂料。它们由含有添加剂的羟基功能丙烯酸组成，包括颜料(如果着色)和多异氰酸酯。标准的商业溶剂型聚氨酯涂层与8个水性系统一起使用。下面将描述这些系统。

溶剂型聚氨酯涂料(SB)由羟基官能团聚丙烯酸酯与低粘度异氰酸酯型聚异氰酸酯交联而成。该多异氰酸酯为100%固体，粘度为700,NCO含量为24.0%。

水性聚氨酯涂料由下列水性丙烯酸酯与下列多异氰酸酯混合而成:

1.交联时能产生坚硬而柔韧的薄膜的产品。它有45%的固体，3.9%的羟基含量和3%的共溶剂。

2.W PAC B =交联时产生坚硬、有光泽和耐化学腐蚀薄膜的产品。它有50%的固体，5.4%的羟基含量和1%的共溶剂。

3.W PAC C =一种快速干燥的产品，交联时可产生坚硬、有光泽、耐化学腐蚀的薄膜。它有45%的固体，3.9%的羟基含量和8%的共溶剂。

4.交联时产生高光泽、透明和着色膜的产品。它有45%的固体，3.3%的羟基含量和8%的共溶剂。

水性聚氨酯涂料含有下列水性分散聚异氰酸酯之一:

1.Iso A =一种高功能、易分散、阴离子改性的基于hdi的多异氰酸酯。它是100%固体，粘度为3500，含21.8%的NCO。

2.Iso B =高功能，非离子改性hdi基多异氰酸酯。它是100%的固体，粘度约为4000，含18.2%的NCO。

表3列出了本研究中测试的涂料。

涂料的应用

将多异氰酸酯机械地混合到配制的羟基功能树脂中，然后静置半小时，让气泡逸出。然后在接下来的一个小时内就采用了这种方法。

采用重力式HVLP喷枪将配制好的涂料喷到磷化处理钢板(Bonderite 1000)上，喷枪尖端压力为10 psi。单次涂布的DFT为1.5 - 2密耳。一旦面板被喷涂，它们就可以在环境条件下固化。

测试方案

在环境温度下固化14天后，对涂覆的面板进行了如下测试:DOI，柔韧性(通过锥形芯轴弯曲)，摆硬度，耐冲击性，耐化学性，氙弧和佛罗里达风化性。所使用的测试程序在附录I中给出。

结果与讨论

图像的区分(DOI)

采用拜耳法05-008测定各涂层的DOI。结果从90到97不等，水性涂料略高于标准溶剂型涂料。

锥形弯曲

然后，采用ASTM 0522的锥形芯棒弯曲法测试每种涂层的柔韧性。所有涂料，无论是水性的还是溶剂型的，都通过了这个测试。

硬度

硬度测试采用摆式硬度计，测试方法为ISO 1522。结果表明，水性涂料比标准溶剂型涂料硬度稍高，且组分不同。含有Iso B的树脂有较高的硬度。这是由于Iso B的交联量高于Iso a。这些结果如图1所示。

耐冲击

采用ASTM D 2794测试了抗冲击性，以确定涂层的柔韧性和对金属的附着力。该试验表明，溶剂型涂层在直接撞击和从后面撞击时具有优异的抗冲击性能，只有一种水性涂层(WB H)与之匹配。这一结果并不令人惊讶，因为WB H在化学上是最接近的水性剂型溶剂剂型。其他水性涂料的抗冲击性在80 ~ 160英尺磅之间，符合ACE涂料标准。这些结果显示在图2中。

使用24小时现场测试每种涂层的耐化学性。由于这项研究是针对ACE市场进行的，因此测试包括汽车液体，如汽油、柴油、机油、传动液和发动机冷却剂。表4显示了所有涂层都经得起柴油、机油和传动液的考验。汽油软化了一些水性涂料和标准的溶剂型涂料。两种水性涂料(WB A和WB C)比标准溶剂型涂料具有更好的耐汽油性能。这些水性涂料具有最高水平的交联。

所有的涂层都使用ASTM D2244进行了耐候性测试，其中面板被放置在氙弧气象计中。从250小时到3500小时(146天)，每个面板被取下并测试光泽(使用ASTM D533)。结果如图3和图4所示。60°时的光泽变化非常小，任何配方。水性涂料的光泽度都比标准涂料略高。溶剂型标准涂料从89降至85。所有的水上系统从90度到93度开始，到89度到92度结束。20°时的光泽度也有相同的趋势，但光泽度值略低。同样，所有水性涂料都略高于标准溶剂型涂料，这表明水性聚氨酯与测试的标准溶剂型聚氨酯一样好。

每次移除面板进行光泽测试时，还使用SAE J2527 C2方法对其进行黄变测试;结果如图5所示。在研究结束时，标准溶剂型聚氨酯的颜色变化(ΔE)超过1，所有水性涂料的颜色变化速率大约为平均值。这表明水性聚氨酯涂料与溶剂型聚氨酯涂料具有同样的轻稳定性。

佛罗里达的耐候试验涉及更大范围研究中的所有涂层，目前正在进行中。研究结果还处于初步阶段，无法进行报道，但将成为未来论文的主题。

结论

该研究表明，低voc水性聚氨酯涂料可配制成与溶剂水性聚氨酯涂料相同的涂料，用于金属表面。这些涂料是双组分水性聚氨酯，由水性聚丙烯酸酯和水分散聚异氰酸酯组成。水性聚氨酯涂料在硬度、抗冲击性和耐溶剂性等方面均达到或优于标准溶剂型聚氨酯涂料。此外，这些水性聚氨酯涂料具有与标准溶剂型聚氨酯涂料相同的加速风化效果。水性聚氨酯涂料WB C和WB H表现出最佳的性能组合，可用于取代测试的标准溶剂型聚氨酯。

本文发表于2014年2月24-28日，洛杉矶新奥尔良的水上研讨会。