水性双组分聚氨酯地坪涂料的研制

，ｕｄＩ，ＩＩＩｇｓ　Ｉｅ　ｒＩ『ＩＵＩＵｇＹ　摘要　通过选用具有核壳结构的丙烯酸羟基孚Ｌ　液、水性含羟基分散树脂　亲水改性异氰酸酯固化　剂，研制出一种兼具溶齐Ｉ型双组分聚氨酯的高性能　和水性涂料低ｖＯＣ特点的水性双组分聚氯酯地坪涂　料，可广泛用于户内外体育场及其他场所涂装誊－－　关键词：水性双组分聚氯酯　地坪涂料　羟基乳液　

０引言　、　地坪涂料主要有环氧类和聚氨酯类。环氧地坪涂料具　有硬度高，抗压强度高，耐磨性好，耐化学品侵蚀等优点，　但质脆易裂，耐候性差，只能大量应用于紫外线较弱的室　内场所或作底涂。聚氨酯地坪涂料尽管在硬度和强度方面　稍逊于环氧地坪涂料，但它有良好的耐　中击、耐磨、耐有　机酸及优异的抗ＵＶ紫外线等性能，并具有环氧不可比拟的　韧性，行人行走时脚感舒适，缓解疲劳，因此被广泛用于　多种体育运动场地（如篮球场、羽毛球场等）涂装。随着我　国社会经济的发展，全民健身理念正日益深入民心，将会　建造更多类别的体育场地，为健身和比赛提供便利，聚氨　酯地坪涂料需求量将越来越大。　传统的溶剂型聚氨酯地坪涂料中含有大量的挥发性　有机溶剂和一定量的游离异氰酸酯，对环境及人体健康造　成严重危害，而且在施工过程易受到环境的温湿度、基层　含水率以及其他问题的影响和制约，涂膜易出现起泡、鼓　泡、脱落、附着不良等弊病。随着涂料水性化技术发展，　人们逐渐采用低ＶＯＣ含量的水性单组分丙烯酸及聚氨酯地　坪涂料替代溶剂型聚氨酯地坪涂料，满足了对健康及环保　的需求。但是，这些地坪涂料在成膜时未经交联，其耐久　性远低于传统的溶剂型产品，并不能真正满足使用需求。　

近年来，水性双组分聚氨酯技术研究和开发成为热点，它　以水为分散介质，最大限度地减少了有机溶剂和有机污染　物的排放，不污染环境、节约能源，具有不燃、气味小、　操作加工方便等优点，同时，又兼具溶剂型双组分聚氨酯　的高性能特点。因此，研制高性能的水性双组分聚氨酯地　坪涂料成为可能。　近年来，在水性双组分聚氨酯涂料的研究方面，本项　目已成功开发并批量生产了用于制备水性双组分聚氨酯　涂料的丙烯酸羟基乳液系列树脂，其中采用核壳乳液聚合　技术研制的核壳型羟基乳液最具特色，其羟基官能团活性　高，与亲水改性异氰酸酯固化剂反应快，其核硬壳软结构，　低温成膜性好，减少了助溶剂的用量。研制的系列丙烯酸　羟基乳液已大批量供应市场，在多个领域得到了大量实际　使用，如水性木器涂料、水性外墙罩光涂料、水性地坪涂　料、金属用水性涂料等，其中在水性地坪涂料方面的应用　最为成功。本文主要进行了丙烯酸羟基乳液在水性双组分　聚氨酯地坪涂料领域的应用研究开发。　

１实验部分　１．１主要原料　ＣＴＤ系列丙烯酸羟基乳液：自制；水性丙烯酸羟基分　散体：工业售品：ＣＴＤ一６９３０水性含羟基分散树脂：自制；　各色颜料：工业售品；助剂（分散剂、增稠剂、消泡剂、润　湿流平剂、杀菌剂等）：工业售品　亲水改性异氰酸酯：工　业售品。　

１．２基本配方及制备工艺　水性双组分聚氦酯地坪涂料由甲组分（亲水改性异氰　酸酯）、乙组分（羟基组分）两部分组成，乙组分的基本配方　如下。　

２４　表１水性双组分聚氨酯涂料（乙组分）基本配方　在合适的容器中投入水性分散树脂、去离子水、助溶　剂、消泡剂、颜料，搅拌均后，用砂磨分散至细度≤２５　ｕｍ，　再加入水性羟基树脂、润湿流平剂、杀菌剂、增稠剂，即　得乙组分。　

１．３性能测试　甲、乙组分按比例混合均匀，分别在水泥板、铝板上　制备样板，样板在标准状态下放置７　ｄ，按ＧＢ　２２３７４—　２００８地坪涂装材料的技术要求测试涂膜的各项基本性能。　２结果与讨论　２．１水性羟基树脂的选用　２．１．１水性羟基树脂种类的影响　水性羟基树脂是水性地坪涂料的主要成膜物质，对地　坪涂料的性能起主导作用，正确选取水性羟基树脂十分关　键。目前用于制备水性双组分聚氨酯涂料的水性丙烯酸羟　基树脂主要有两类：乳液型和分散体型（又称为一级分散体　和二级分散体），两种树脂性能各有特点，两者主要区别见　表２　表２两种水性羟基树脂的主要ＩＺ￣，Ｊ　由表２可见，水性丙烯酸羟基分散体含有有机溶剂，　增加了涂料体系的ＶＯＣ，树脂的黏度大，降低了涂料的施　工固体份。丙烯酸羟基乳液中有机溶剂含量极低，因而制　备的地坪涂料更加环保，较小的黏度则提高了地坪涂料的　施工固体分。本研究选取市售的分散体型水性丙烯酸羟基　树脂及自制的ＣＴＤ一６９２９丙烯酸羟基乳液配制成水性双组　分聚氨酯地坪涂料，主要性能对比如表３所示。　

表３分散体型和乳液型地坪涂料性能对比　

由表３可见，分散体型水性丙烯酸羟基树脂制备的地　坪涂料的表干时问稍长、光泽高、耐人工老化性能中保光　性稍差，且体系的ＶＯＣ较高，耐化学介质性能与ＣＴＤ－６９２９　丙烯酸羟基乳液相差不大，而ＣＴＤ一６９２９丙烯酸羟基乳液　配制的地坪涂料的韧性更好，这主要是与其相对分子质量　相对较大有关。　表４对比了由这两种水性羟基树脂配制的水性双组分　聚氨酯地坪涂料在不同湿膜厚度下涂膜中针孔情况，即厚　膜容忍性。　表４厚膜容忍性对比　

由表４可见，分散体型水性丙烯酸羟基树脂的厚膜容　

曩　。豫褥。誉　。　ｍ”　。蛰｛鹕ｔ　§ｉ　８＼　ｓ　ｕｄＩ，．１ｌ　Ｉ　ｌ　Ｉ　ＩＩ　ＩＩＪｌｌ，．Ｊｌ　ｙ　忍性明显较丙烯酸羟基乳液差，这可能是其相对分子质量　较小，且树脂中大量的亲水基团与水间氢键作用，水分不　容易挥发，涂膜干燥较慢，有更多的固化剂与水反应，产　生大量Ｃ０ｚ导致。因此，相对而言，分散体型水性丙烯酸　羟基树脂更易受到施工环境的温湿度影响，固化剂与水之　间发生的副反应，降低了涂膜的交联密度，影响了其耐水　性及耐化学介质性。　考虑到地坪涂料在施工过程中常采用辊涂施工，每道　湿膜较厚，且只能常温自然干燥，结合价格成本因素，韧　性更好的丙烯酸羟基乳液更适合用于制备大面积施工的　水性双组分聚氨酯地坪涂料。　２．１．２乳液结构影响　根据需要制备的乳液，通常有均相结构和核壳结构两　种类型，图１对比了具有相同羟基含量但结构不同的两种　丙烯酸羟基乳液与亲水改性异氰酸酯交联固化在不同时　间体系内一ＮＣＯ转化率情况。　图１结果表明，具有核壳结构的丙烯酸羟基乳液与亲　水改性异氰酸酯交联固化速度快于均相结构的　基乳液，　

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图１体系中一ＮＣＯ随时间转化率　这是由于具有核壳结构的丙烯酸羟基乳液中羟基官能团　分布在壳层中，容易与亲水改性异氰酸酯的接触并反应，　减少了与水的副反应，因而涂膜具有更好的综合性能，本　研究选用具有核壳结构的丙烯酸羟基乳液。　２．１．３乳液的羟基含量的影响　选取具有核壳结构但不同羟基含量的ＣＴＤ一６９１　０、　ＣＴＤ一６９２０、ＣＴＤ一６９２４丙烯酸羟基乳液，分别配制水性双　组分聚氨酯地坪涂料，并与溶剂型双组分聚氨酯地坪涂料　进行性能对比，具体性能见表５。　

表５羟基含量对涂膜性能的影响　

由表５可以看出，随着乳液的羟基含量提高，涂膜的　硬度增加，表干变慢，而耐磨性、耐化学介质性、耐人工　老化性等性能相差不大。在硅ＰＵ软基材上的附着力随着　乳液的羟基含量提高而下降，这是由于乳液的羟基含量提　高，涂膜的交联密度增加，涂膜的内应力相应增大，从而　降低了涂膜在软基材上的附着力。由表５还可以看出，采　用低羟基含量的ＣＴＤ一６９１　０丙烯酸羟基乳液配制的水性双　组分聚氨酯地坪涂料，其综合性能基本已达到溶剂型双组　分聚氨酯的水平，耐人工老化性能表现更优秀，且所需的　配套固化剂用量减少，降低了使用成本，ＶＯＣ含量低，减　少了对环境的污染。　综上所述，由具有核壳结构的丙烯酸羟基乳液配制的　水性双组分聚氨酯地坪涂料的性能优异，其性能可与溶剂　型双组分聚氨酯相媲美，甚至更好。ＣＴＤ一６９１　０丙烯酸羟　基乳液配制的地坪涂料无论在软或硬基材上均有较好的　性能表现，使用成本更为低廉，是较理想的选择。　

２．２亲水改性异氰酸酯固化剂的选用　亲水改性异氰酸酯的制备技术发展已历经多年，其发　展方向为拥有更高的官能度、更好的水分散性、易于与羟　基组分混合。选用亲水改性异氰酸酯固化剂时不仅应考虑　涂膜的性能，还应考虑配制后的涂料的施工性及使用期，　

２６　ｏａＩｌ　ｒｌｇｓ　Ｉ　ｅｃｎ　ＦＩＯＩＯｇｙ　以及是否能够适应辊涂、喷涂等多种施工方法等。本研究　选取了市售的４种亲水改性异氰酸酯固化剂，技术参数见　表６。　表６亲水改性异氰酸酯固化剂的主要技术指标　２．２．１稀释剂的选用　Ａ、Ｂ、Ｃ三种亲水改性异氰酸酯固化剂由于黏度较大　需稀释后使用，稀释剂对性能影响见表７。　表７不同稀释剂对涂层性能的影响　由上述试验可知，丙二醇甲醚醋酸酯能很好地稀释每　种亲水改性异氰酸酯固化剂，是最佳选择。但由于稀释　剂的加入，提高了地坪涂料的Ｖ０Ｃ含量，应尽可能减少稀　释剂的用量。根据试验，固化剂Ａ应稀释至８０％、固化剂　Ｂ稀释至７５％、固化剂Ｃ稀释至８５％即能在地坪涂料的羟基　组分中很好分散。　２＿２＿２对涂膜外观厚度的影响　水性涂料涂敷过程中，湿膜较厚时，涂膜在干燥过程　中体积收缩大，容易产生裂纹。表８对比了各亲水改性异　氰酸酯固化剂在不同湿膜厚度时涂膜干燥后的外观平整　情况。　表８不同湿膜厚度时涂膜外观　由该试验可知，使用亲水改性异氰酸酯Ｄ作为固化剂，　涂膜最不容易开裂。这是由于涂料中加入固化剂Ｄ后，涂　料的黏度增加最小，施ＴＢ，Ｉ－该涂料体系加水量最少，其施　工固体分最高，涂膜在干燥过程中体积收缩最小，因而不　容易产生裂纹。　２．２．３固化剂品种对性能的影响　采用ＣＴＤ一６９］０丙烯酸羟基乳液配制水性双组分聚　氦酯地坪涂料，分别选用４种亲水改性异氰酸酯作为配套　固化剂，其性能测试结果见表９。　

表９固化剂品种对性能的影响　

由表９结果可知，４种固化剂对涂膜的耐化学介质性　和耐人工老化性影响不大，但固化剂Ｃ对应涂膜的韧性下　降，在硅ＰＵ上的附着力较差，固化剂Ｄ则明显降低了涂　膜的光泽。　综合考虑，可选用亲水改性异氰酸酯Ａ作为亮光型地　坪涂料配套的固化剂，选用亲水改性异氰酸酯Ｄ作为亚光　地坪涂料的配套固化剂。　

２．３助剂的选用　２．３．１分散剂的选用　目前常用的水性分散剂为聚羧酸盐类，该分散剂具有　较好的分散性，但由于其基本不参与交联固化反应，游离　于涂膜中，而且相对分子质量相对较小，影响涂膜的耐水　性、光泽度及丰满度。采用常规聚羧酸盐类分散剂及自制　的含有羟基官能团的ＣＴＤ一６９３０水性分散树脂制备色浆，　分别配制地坪涂料，进行了性能对比，具体性能见表ｌ　０。　图２为水性含羟基分散树脂制备的水性双组分聚氨酯　地坪涂料的固化示意图。　由图２可知，水性分散树脂中羟基官能团在固化成膜　时，同时与羟基乳液中羟基官能团及亲水改性异氰酸酯固