延长水性双组分聚氨酯体系活化期有妙招

　　编者按：作为研发和生产涂料用原材料和功能化学品的厂家，德科美可为客户提供满足不同需求的水性树脂解决方案。依托强大的技术支持，德科美从树脂研发、生产到应用，全套技术贯通。

　　双组分聚氨酯涂料(2KPU)因其综合性能优异而被广泛应用于交通工具、数码电器、木器等工业产品的涂装之中。当前，随着环保导向和水性技术的不断发展，特别是水性异氰酸酯固化剂及水性丙烯酸分散体/乳液的设计和合成技术取得了重大突破和长足的进步，水性双组分聚氨酯涂料(2KWPU)正日益成为水性环保涂料的主打产品之一，圈粉无数。

　　然而，该体系目前也面临着一些难题亟待解决，其中活化期的问题就是其中之一。众所周知，固化剂组分所含有的异氰酸酯基团(—NCO)具备较强的反应活性。

　　在2KWPU中，水已然取代大部分的有机溶剂，成为了主要的分散介质，这也意味着该体系中遍布着可与—NCO基团反应的羟基(—OH)。

　　在此大背景下，加上一些其他因素的影响，共同使得该体系的活化期问题凸显。其直观表现就是在通常情况下，2KWPU的活化期一般仅为2h左右甚至更短。远远小于溶剂型2KPU的4～8h(有些2KPU体系的甚至更高)。

　　活化期较短的问题给相关产品的施工应用带来较大的负面影响，例如相关产品调漆后喷涂施工的时间窗口较窄、黏度上升较快、易胶化导致浪费，涂膜外观和性能下降太快、故一次性调漆量严重受限制，由此影响生产施工的节奏和效率，抬升了水性漆使用成本，不利于2KWPU涂料的推广应用。

　　根据笔者和周边同事亲身经历的一些开发和实践经验，针对2KWPU活化期短的问题，我们可以试着从以下几方面入手加以改善和解决：

　　水性双组分聚氨酯涂料活化期较短解决方案

　　方法1：为主漆选择合适的树脂体系

　　不同类型的树脂与—NCO基团的反应活性差异较大，德科美凭借着独特的产品结构设计，赋予了丙烯酸分散体产品优异性能的同时，有效的延长了产品的活化期。例如DkmcrylW6637、W6635等产品，通过搭配Dkmonat固化剂系列产品，其活化期可以达到4h。 

　　方法:2：选择合适的异氰酸酯固化剂产品

　　水性双组分聚氨酯体系使用的异氰酸酯固化剂，需要从结构上对其进行亲水改性，形成含有亲水结构的固化剂产品。德科美提供的DkmonatW7107、W7112分别采用了离子型和非离子型两类改性技术，凭借特殊的结构设计，能够给体系带来更长的活化期。

　　方法3：避开某些材料的选择雷区

　　实践中发现：在水性体系中，一些颜填料和助剂(例如一些有机胺类)事实上会催化—OH与—NCO的反应，导致活化期显著低于预期，因此在配方设计时要灵活地避开。

　　方法4：优化体系的pH值

　　水性涂料的pH值大都在7.0～9.0区间。测试表明，pH值越高，—OH与—NCO反应的速率更快，从而显著影响活化期。一个建议性质的pH优选范围在7.5左右，这样能充分保证体系的贮存稳定性和一些助剂的正常效用发挥，也能兼顾活化期的合理延长。

　　方法5：引入一些活化期延长剂

　　最常见的一类物质是具备强力乳化能力的表面活性剂类物质，它可以在常温、乳化液状态下较大限度地阻止—OH与—NCO基团的直接接触和进一步反应。不过，这类物质往往其副作用也较为明显，例如其可能会显著降低涂膜的最终硬度。因此，对此类物质的加入与否和加入量需要进行仔细权衡。

　　方法6：控制体系的温度

　　温度越高，基团反应活性越大，活化期越短，因此，体系的温度控制十分重要。尤其在夏季高温时段的施工作业，对此项需要特别重视。此时，推荐采用一些非常规措施，例如采用冰水或冰块进行涂料的稀释操作，以保证施工时体系维持在一个较低的温度水平。

　　方法7：控制体系的黏度

　　实践表明，体系的黏度对于活化期有显著影响，基本趋势是：黏度高，活化期越短。故应当有效地控制体系的施工黏度，最大限度避免该不良影响。不过，黏度越低，对于水性涂料自身的抗流挂性能的要求会更高，也需要根据技术水平对两者进行一番权衡。

　　方法8：辅以适当的搅拌

　　如有条件，可以对体系进行适当的搅拌。因为通过对比测试发现，适当的搅拌能够有效地延长体系活化期，大致是因为这样做能够尽量避免体系中局部区域因黏度上升、分子扩散受阻而加速凝胶化。但过快的搅拌也是不可取的，因为这会显著加速—OH与—NCO相遇碰撞的概率，提高反应速率，同时还会带来体系温度的上升，从而显著缩短活化期。

　　方法9：引入枪前混合系统

　　此方案为终极解决方案，从根本上消除了2KWPU涂料使用过程中活化期的因素考量。其最大的问题在于需要较大的资金投入和相关设备的操作及维护等。不过，对于一些高端用户，这的确不失为一个完美的解决方案。

　　以上方法谨为2KWPU体系活化期的延长提供了一些开放性的解决思路，希望能起到一定的参考和帮助作用。