聚氨酯漆(PU)讲座

1、PU涂料简介涂料简介 一一 聚氨酯涂料的特点聚氨酯涂料的特点二二 异氰酸酯与羟基反应类型异氰酸酯与羟基反应类型三三 PU漆的基本化学反应漆的基本化学反应四四 NCO/OH型双组分聚氨酸涂料的配制型双组分聚氨酸涂料的配制五五 影响涂膜性能的因素影响涂膜性能的因素六六 涂层物性涂层物性七七 漆膜常见问题漆膜常见问题 一一 聚氨酯涂料的特点聚氨酯涂料的特点 1 漆膜的耐磨性强 2 聚氨酯漆附着力强 3 硬度高 4 施工性好, 0、室温、高温均可固化 5 漆膜的耐温性能好 6 具有优良的耐化学品性和耐油性及耐候性二二 异氰酸酯与羟基异氰酸酯与羟基反应类型反应类型A 封闭型聚氨酯涂料（单组分）将多异氰酸

2、酯或端异氰酸基的加成物或预聚物，用封闭剂封闭起来，使-NCO暂时失活，再同含有-OH的组分混合，成为单组分聚氨酯涂料。施工时高温（100-150），封闭剂解封，重新释放出-NCO，与-OH反应固化成膜。不同的封闭剂，解封温度不同。 B -NCO/-OH反应固化型 异氰酸酯的加成物或预聚物与多羟基化合物反应。使用前将两者按一定比例混合，可室温固化成膜，也可高温下烘烤干燥成膜。此类涂料性能的影响因素：-NCO/-OH比例；所使用多元醇的类型、分子量、官能度；主链上氨基甲酸酯键和脲键的浓度和分布；交联密度及固化温度。三三 PU漆的基本化学反应漆的基本化学反应固化剂内所含的异氰酸酯基（-NCO）是非常

3、活泼，能与多种化合物反应，其基本的化学反应叙述如下：1 、异氰酸酯与含羟基化合物的反应，反应式如下：R-N=C=O + R1-OH -R-NH-C-O-OR1该反应是加成聚合逐步反应，无任何低分子物产生.反应所生成的氨基甲酸酯基中氮原子上的氢原子受羰基的电子效应影响，在较高温度（100以上）或在催化剂存在之下低温度又能和过量的异氰酸酯进一步反应生成脲基甲酸酯R-N=C=O + R-NH-C-O-OR1- R-N(-C-O-OR)- C-O-OR1聚氨酯涂料经烘烤后的交联密度高，比常温固化的要好，特别是耐化学性要好得多，因为除了本身的氨酯键外，还存在脲基甲酸酯键2、异氰酸酯与水反应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、异氰酸酯与羧酸反应异氰酸酯与羧酸基反应也是逐步加成聚合反应，放出CO2，反应过程如下：R-N=C=O + R-C-O-OH-R-NH-C-O-O-C-O-R1-R-NH-C-O-R1 + CO2利用羟基丙烯酸树脂（甲组分，即PU光油）与脂肪族多异地氰酸酯预聚物组分（乙组分）配合可制成色泽浅、保光保色性优、户外耐候性好的高装饰性涂料。四四 NCO/OH型双组分聚氨酸涂料的配制型双组分聚氨酸涂料的配制 成膜基理NCO/OH型双组分聚氨酯涂料的成膜过程实际上是一个复杂

5、的固化反应的过程，成膜基理是-NCO基与-OH基团之间的化学反应。但所形成的氨酯键在催化剂存在下，其氨酯键中的仲氮原子上的活泼氢还会和过量的-NCO基反应生成脲基甲酸酯键。在一定条件下，这一反应还可以迅速地发展下去，直到耗尽残留的-NCO基上述反应在理论上只要有过量的-NCO基存在，氨酯键中的活泼氢即可参与反应下去。实际上，因成膜反应主要是-NCO与-OH基的反应，但尚存在所形成氨酯键中的活泼氢与-NCO反应以及羟基组分中带来微量水与-NCO的反应，在这些复杂反应中存在着竞争反应，而氨酯键中的活泼氢在室温下的反应极缓慢，当温度上升时反应速率又会加快如上所述， NCO/OH型双组分聚氨酯涂料的固

6、化是多种化学反应的结果，生成不同的化学键使涂膜兼有多种结构，从而获得了各种良好的性能五五 影响涂膜性能的因素影响涂膜性能的因素涂膜的性能有多方面的因素影响，主要有：1 、NCO/OH基的当量基的当量比比配漆时光油与固化剂的比例，通过折算后就是NCO/OH基的当量比。若NCO：OH1，即固化剂太少，不足以与甲组分反应，则涂膜发软、发黏、耐水性差，更不耐溶剂及化学性；但NCO：OH1，即固化剂过多、过量的NCO基将吸收空气中的水分而生成脲键，放出CO2，进而又可生成缩二脲键、脲基甲酸酯键等等，造成涂膜交联密度过大、涂膜脆性大、涂膜表面状况不好，易出现针孔弊病。一般选择OH/NCO = 1:（1.1

7、-1.2）（当量比）。必须注意的是这个比例并不是我们配漆时光油与固化剂的比例，但光油与固化剂的比例就是按此当量比计算得到的。NCO的量=42*100*OH%/(561*NCO%)2 、固化条件、固化条件固化条件主要指双组分聚氨酯涂料固化的环境温度和湿度条件。反应温度的条件不同，所形成的涂膜的性能也各异。实践证明：在室温条件下，聚氨酯涂料的固化需要相当长的时间，聚氨酯涂料在大于70条件固化时，涂膜的耐水性、耐磨性等均有提高.3、 催化剂品种和催化剂品种和用量用量催化剂的作用在于增加-NCO基与-OH反应活性，加速交联固化成膜反应进行，对涂膜的交联程度有较大的影响。催化剂品种的选择和用量的多少，必

8、须根据甲、乙组分的种类和使用要求的不同，通过实验来确定4、溶剂的选择、溶剂的选择不能选择含有醇类，醚类基团的溶剂做为PU漆的稀释剂，这类基团会与异氰酸根反应，消耗固化剂的量。六六 涂层物性涂层物性从涂料本身而论，其技术性能就是一个内在矛盾的统一体，一般说涂层成膜物质分子间的内聚力越大，涂层的机械强度、耐水性及耐化学腐蚀性等性能就越好，涂层的使用寿命越长，但涂层对被涂物表面的附着力就越差。涂层的硬度与柔韧性的关系也是彼消此长的，涂层的硬度高柔韧性就差，反之，涂层的柔韧性好硬度就差，这是涂料本身所决定的，因此，在选择涂料品种时，应着重考虑其涂层性能的主要方面而适当兼顾其他方面1 涂层涂层附着力附着

9、力附着力是指涂层与被涂物表面之间或涂层与涂层之间相互结合的能力。良好的附着力对被涂产品的防护效果是至关重要的，一种涂料产品的其他性能无论多么优异，但如果与被涂物表面的结合力太差，或者是因施工不当而造成涂层在产品的运输或使用过程中过早脱落，也就谈不上有什么防护效果涂层附着力的好坏取决于两个关键因素：一是涂层与被涂物表面的结合力；二是涂装施工质量尤其是表面处理的质量涂层与被涂物的结合可分为三种类型：化学结合、机械结合和极性（吸附）结合。其结合通常是某两种或三种结合方式同时发挥作用使涂层粘附在物体表面 涂层涂层三种三种结合力结合力化学结合：即涂层与基材之间形成化学键（如氢键）机械结合：即涂料分子渗透

10、到粗糙表面的凹穴或孔隙中去极性结合：是靠分子之间的作用力，即范德华力结合，是分子水平的吸附表面处理的目的是尽可能的消除涂层与被涂物体表面结合的障碍，排除如油水或其它杂质等影响化学结合及极性结合的因素，使涂层能与被涂物表面直接接触，表面处理的质量与涂层附着力息息相关2 涂层厚度涂层厚度涂层厚度是涂装施工需要控制的一项重要指标，涂层厚度控制是否合理，将直接影响涂层的外观质量与其他性能。例如一次涂得过厚易造成流挂、起皱等弊病；而涂得太薄则不易流平，且在一定的涂层厚度范围内需要涂覆的道数增加，使涂装费用也随之提高。每道漆涂覆的厚度范围与涂料品种、防护要求、施工方式、底材表面特性等因素有关。对于我们所采

11、取的涂装方式，即单组分塑胶漆打底、再罩PU面漆，最好是在不流挂的情况下尽可能喷厚以利于流平及提高防护效果3 涂层硬度涂层硬度硬度是表示涂层机械强度的重要性能之一，其物理意义可理解为涂层被另一种更硬的物体穿入时所表现的阻力。涂层硬度与涂料品种及涂层的固化程度有关。在此要提出的是涂层的固化程度直接影响其硬度值，即硬度由小到大是涂层在干燥过程中时间的函数，完全干燥的涂层才具有特定的最高硬度。此外，涂层的硬度越高，其柔韧性、耐冲击性则随之下降4、涂层耐溶剂，耐磨性，耐化性及耐候性、涂层耐溶剂，耐磨性，耐化性及耐候性PU涂料中的化学基团主要为氨酯键结构，同时NCO既可以和OH反应，同时自身也进行反应，无

12、小分子残留，反应可以形成致密的网状结构，兼顾韧性与硬度，综合性能优异。七七 漆膜常见问题漆膜常见问题1 不干不干A、现象：油漆施工后，长期放置或催化干燥，漆膜始终发软、发黏、或最终没能达到应有硬度B、原因：造成不干的根本原因是漆膜固化不完全。羟基丙烯酸与异氰酸酯在常温下尽管反应缓慢，经常需要一周时间，但仍会固化，所以固化不完全大多是NCO/OH1，即固化剂量不足与羟基丙烯酸反应，使后者过量残留漆膜造成。另外，施工湿度太大、气温太低，被涂表面处理不干净也会使固化不完全C、预防措施：严格按照施工比例调配双组分PU漆，搅拌均匀，同时注意施工环境控制2 气泡气泡A、现象：在漆膜上产生气泡状的肿起和孔的

13、现象，即在漆膜内部有气泡。对于双组分 PU面漆，产生气泡的原因多且复杂。气泡的实质为两种：a由于溶剂蒸发产生的泡称为溶剂泡；b生产施工时，油漆夹带的气泡在涂装成膜过程中未消失而产生的称为空气泡B、原因a 对于双组分PU漆，在调配时加入固化剂，反应过于激烈，产生大量热量是产生溶剂泡最常见的原因b 刚喷涂的漆膜急剧加热，溶剂蒸发太快也是产生溶剂泡的原因所在c 空气泡大多是生产或施工时油漆本身夹带到漆膜的d 被涂表面含有水分、尘埃也是产生空气泡的常见原因C、现场预防措施：a 油漆调配、搅拌均匀后，应静置1015分钟，等搅拌产生的气泡完全消失后使用，施工过程如需连续搅拌，应控制转速不致有气泡生成b 刚喷涂的漆膜烘烤干燥时应徐徐加热升温，让溶剂平缓挥发，不可急剧加热以致表干过快，漆膜过早封闭，阻碍内层溶剂逸出。换句话说，涂膜表面应有足够的开放时间，以保证溶剂挥发逸出c 注意施工环境，喷