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1 0  PUR粉末涂料的基础化学 (2010年3月，常州) 引言 本教程将主要阐述应用于粉末涂料工业的、基于异氰酸酯交联的化学；但作为含羟基聚酯化学的一部分，本教程也同时涉及另一些非聚氨酯（PUR）的内容以及由此所衍生出的粉末涂料。 之所以作这样的选定，一方面是由于这部分内容通常在相关的粉末涂料文献中很少被提及，中国的情况也许更为严重；另一方 面是作者打算以此来完善“专业委员会”所开展的相关教学课程。 本文来源于作者在杜邦-化佳所编写的系列教学课程《粉末涂料的基础化学》（第二部分，与聚酯交联，Part II）。其中对部分内容作出了改动，主要是删除了有关具体配方的叙述和探讨，但在我正在编写的《粉末涂料助剂化学与工艺》将予以保留。 据此，这里将要阐述的是羟基聚酯树脂与相关固化剂的交联化学。具体包括： ① 多异氰酸酯（Polyisocyanate） ② 氨基树脂（Aminoplast，包括六甲氧基甲基密胺（HMMM）和四甲氧基甲基甘脲（TMGU）） ③ 特殊的酐（Anhydrides） 由这些交联剂开始和相应的羟 基树脂配合我们可以得到一系列内容广泛地耐候性粉末涂料。 1）基本概念和化学 定义： 聚氨酯 - 任何由氨基甲酸酯（Urethane 或Carbamate）链节构成的一类聚合物，缩写PUR。 其构成粉末涂料的基础化学主要牵涉到以下特征反应： 值得指出的是反应II指示形成聚脲，也称之为“改性PU”。和通用的双组分喷涂聚脲弹性体（SPUA）不同，这里论述的聚脲特指含链增长聚脲结构单元的固化剂[1] ，用于PU粉末涂料的消光和改性；至于反应III，在本领域代表通过合适的异氰酸酯预聚体和环氧树脂的加成，得到一类被称之为“聚唑烷酮环 氧 ”粘合剂，用于功能性环氧粉末涂料，改进防腐、绝缘、耐热和耐水性能[2]。 2）原材料和中间体 广义上任何在其结构中含至少一个-NCO基团的化学物质，通常称之为异氰酸酯或单体，都可以作为PUR的功能性材料。典型的包括：TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯甲烷二异氰酸酯)、 HDI(六甲撑二异氰酸酯)和IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)。但是在粉末涂料工业事实上只有HDI/IPDI可以使用，用于制备固化剂。 另一概念是所谓的“多异氰酸酯” (Poly-isocyanates)，系指由HDI/IPDI和其他反应物衍生得到的一种中间体，其分子量范围位于单体和最终用途的高分量聚合物之间。在本文所界定的范畴，则特指用于粉末涂料的交联剂，包括封闭和内封闭型。 异氰酸酯/单体不能直接作为粉末涂料的交联剂使用，原因是： 太高的反应活性 (缺乏贮存稳定性而难于处理) ; 例如： 暴露即与空气中水分发生反应； 单体高蒸汽压 (吸入毒性使操作环境无法接受)。 为此： ① 通常采用扩链剂增大分子量以阻止挥发； ② 用封闭剂封闭-NCO以降低反应活性。 这样，采用这两项措施可以得到适合粉末涂料用途的“多异氰酸酯”交联剂。由于封闭是一项临时的措施，经加热后可以重新释放出 –NCO发生所期望的反应。 问题 小结 ① 何为PUR？ ② PUR粉末涂料包含哪三个特性反应？聚脲/改性PU固化剂 的主要用途？ ③ 构成PUR粉末涂料基础的两种单体是IPDI/HDI。由它们 通过扩链和封闭可以得到多异氰酸酯PU粉末涂料的交联剂。 ④ 解释为什么要进行扩链和封闭。 3）多异氰酸酯交联剂 背景 PUR粉末涂料(以下简称PUR)发源于欧洲，后在美国和日本得到了很好地发展，概因是其突出技术性能，如装饰性好、高光泽、超级流平、高表面硬度和丰满度。 但是，由于价格相对较高、和聚酯配合比例大、固化温度较高和放出封闭剂副产物 等缺陷，该系统并没有在其他新兴市场获得相应的发展。 PUR系基于-OH基聚酯和-OCN的交联化学。由于固化剂品种的多样性，导致了聚合物涂膜的特点鲜明。和其他几乎完全依赖单一固化剂构成的涂料系统相比， PUR显示出精细、定制和高性能等方面的优势。这样一来，配方设计者通常可以根据不同的要求去 设计配方，从而充分地满足客户的期望。 但是这种多样性也决定着你需要掌握更多的知识和资源贮备，否则要驾驭PUR恐怕是困难的，有时甚至得不到应有的结果。 下面将从其交联剂着手展 开我们的课程。 交联剂 依据其结构划分多异氰酸酯交联剂可分为以下两类： ① 封闭型 封闭的二异氰酸酯与多元醇