低温快固化丙烯酸聚氨酯涂料的发展现状

王淑娟1，马晓阳1，井新利1，汤汉良2　　　　(1．西安交通大学理学院应用化学系，西安710049;2．广州浩宇化工科技有限公司，广州510540)　　　　摘要:从丙烯酸聚氨酯涂料的固化反应机理出发，系统分析了树脂、固化剂、催化剂和环境因素对丙烯酸聚氨酯涂层干燥速度的影响，重点讨论了羟基单体的种类和用量、亚胺结构的引入、玻璃化转变温度、相对分子质量及其分布、酸值及分子链结构等因素对树脂反应活性的影响。通过对目前低温快固化涂料研究中存在的问题的分析，指出精确控制树脂分子结构是实现修补涂料低温快固化的有效途径。　　　　关键词:低温快固化;汽车修补涂料;双组分聚氨酯;羟基丙烯酸树脂　　　　中图分类号:TQ633文献标识码:A文章编号:0253－4312(2011)12－0067－05　　　　双组分丙烯酸聚氨酯涂料具有优良的耐候性、保光保色性、物理机械性能以及可室温固化、干燥速度快等特点，是目前汽车修补涂料的主要品种［1］。随着人们生活节奏的加快以及节能环保意识的增强，提高汽车修补效率、缩短交车时间成为汽车修补行业的迫切需求。汽车修补涂料涂膜的干燥速度不仅决定了汽车修补所需要的时间，而且影响汽车漆的外观、光泽及机械性能。开发出干燥速度快、涂膜性能优异的汽车修补涂料，是当前涂料研究者关注的热点。对于双组分丙烯酸聚氨酯体系，加快涂膜的干燥速度，主要是加快溶剂的挥发速度以及加快丙烯酸聚氨酯的固化反应速度，由于将两组分混合后，溶剂很快挥发，体系的反应速度主要取决于—NCO与—OH的固化反应速度。2003年杜邦公司在全球范围内推出了HyperCureTM超固化系列清漆，具有非常快速的表面干燥和内部化学交联速度，同时确保漆膜优良的外观，在汽车修补行业掀起了一场速度的革命。此后，世界各大涂料公司陆续开展快干汽车修补涂料的研发和应用研究。本文对影响丙烯酸聚氨酯涂膜干燥速度的因素等进行分析，提出实现汽车修补涂料快干的有效途径，为快干汽车修补涂料的研究提供理论参考。　　　　1·丙烯酸聚氨酯涂料的固化反应　　　　双组分丙烯酸聚氨酯涂料主要由羟基丙烯酸树脂组分和多异氰酸酯组分构成，使用时两组分按一定比例混合(一般取异氰酸酯指数为1.05～1.20)，施工后羟基丙烯酸树脂的—OH与异氰酸酯固化剂的—NCO交联成膜，此反应属于氢转移的逐步加成聚合反应［2］，其化学反应如式(1)。

　　式1

　　羟基丙烯酸树脂作为活泼氢化合物，其亲核中心进攻异氰酸酯的正碳离子，反应在比较活泼的—NC双键上进行，活泼氢化合物的氢原子转移到—NCO的N原子上，余下的基团与羰基碳原子结合，生成氨基甲酸酯基化合物。反应速度主要取决于醇羟基上—O－对—NCO基正碳中心的攻击速度，即活泼氢化合物分子中亲核中心的电子云密度和空间效应。如果醇羟基的位阻较大，反应速度就慢，反之，低位阻的醇羟基反应速度就快。　　　　2·影响丙烯酸聚氨酯涂料干燥速度的因素　　　　影响丙烯酸聚氨酯涂料干燥速度的因素主要由几个方面如:羟基丙烯酸树脂、固化剂、催化剂的种类和用量及环境因素等(见图1)。

　　图1涂膜干燥速度影响因素示意图

　　2.1树脂　　　　2.1.1反应单体　　　　羟基单体的种类、自由度和用量均会不同程度地影响丙烯聚氨酯涂料的干燥速度。　　　　常用的含羟基的丙烯酸酯类单体有(甲基)丙烯酸羟乙酯(HEMA/HEA)和(甲基)丙烯酸羟丙酯(HPMA/HPA)，各类羟基的反应活性大小顺序为:伯羟基＞仲羟基＞叔羟基，它们与异氰酸酯反应的相对活性分别为:1.0、0.3、0.01［3］。双组分水性聚氨酯体系的羟基组分常用伯羟基类单体，如甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和丙烯酸羟乙酯(HEA)，而含HPA和HP-MA的丙烯酸树脂适用期较长，也拥有一部分市场。

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