前 言
以前我国外装饰、保护用漆大多采用醇酸、硝基、丙烯酸、氨基等涂料，但其漆膜易倒光、变色、发黄和开裂，远不能满足当今对表面装饰日益严格的要求。丙烯酸聚氨酯涂料即能自干又能烘干，具有附着力强、丰满度高、硬度好、高光泽、耐磨、耐弯曲等性能，且具有卓越的保光、保色、耐候和不泛黄性，在许多行业已得到广泛应用。
目前我们所使用的PU面漆就是NCO/OH型双组分聚氨酯涂料，是聚氨酯涂料系统中使用面最广泛、最有发展前景的一种。所谓NCO/OH型双组份聚氨酯涂料是以多异氰酸酯预聚物（即固化剂，我司所使用的是六亚甲基二异氰酸酯（HDI）的三聚体，属于不黄变脂肪族二异氰酸酯，由它制成的PU漆耐候性好、光稳定性佳）为甲组分或谓A组分，以含羟基的高分子化合物（我司使用的是羟基聚丙烯酸树脂）为乙组分或谓B组分。
在施工时，甲乙两组分按一定的比例配合，并用PU专用稀释剂调节粘度后喷涂，喷涂后绝大多数为低温加热催化固化，亦可室温固化。其固化成膜过程是多种化学反应的结果。因此，涂膜性能受到多种因素的影响，从而带来了两方面的结果：一方面调整配方，为按预定目标配制多品种、多功能、多性能、多用途的PU漆提供了多种途径；另一方面，增加了设计配方与涂装的难度，欲得到满意的涂装效果，必须对各种影响因素予以综合考虑。
第一讲 工艺流程
施工厂家可参考该流程图，规划每个工艺所需的场地、合理的设施、工具，设计最佳的流程，达到可以连续量产的目的。
第二讲 PU漆基本知识
一、PU漆的基本化学反应
固化剂内所含的异氰酸酯基（-NCO）是非常活泼的，能与多种化合物反应，根据实际应用需要，将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：
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，在较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。
该反应说明一般聚氨酯涂料的合成温度均在100℃以下，以防止生成脲基甲酸酯支化而胶凝，也说明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，就是因为除了本身的氨基键外，还存在脲基甲酸酯键。
2、异氰酸酯与水反应
3、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：
我们这里只列举了异氰酸酯的四个反应式，当然异氰酸酯的化学反应远不止这些。目前，我们所使用的双组分PU漆所涉及的，以及我们喷涂施工时可能出现的状况相关联的，主要就是这四个反应式。了解了这几个反应式条件和机理，对大家成为更专业的PU喷涂专家是很有帮助的。
利用羟基丙烯酸树脂（乙组分，即PU光油）与脂肪族多异地氰酸酯预聚物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。由于该涂料外用装饰好，又能在室温交联固化成膜，漆膜耐磨、耐油、硬度较高，是高级轿车、汽车、家用电器、电气仪表及轻工产品等理想的装饰、保护涂料品种。
二、NCO/OH型双组分聚氨酸涂料的配制
1、 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，反应示意如反应式2。
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B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。
2、影响涂膜性能的因素
A、B组分的类型依据涂膜的性能要求而定，但仍有许多方面的因素会影响涂膜的性能。主要有：
（1）NCO/OH基的当量比，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：OH＜1，即固化剂太少，不足以
B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：OH＞1，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NCO/OH=（1.05-1.15）:1（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。
（2） 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，必须根据A、B组分的种类和使用要求的不同，通过实验来确定。
第三讲 涂层物性及测定
涂层性能是涂料性能、涂装质量、涂装管理水平的综合反映，受到涂料品种、涂装施工等众多因素的制约。从涂料本身而论，其技术性能就是一个内在矛盾的统一体，其某些性能是互相矛盾、互相影响和互相消长的，如成膜物质分子间的内聚力和涂层与被涂物表面附着力间就是互相矛盾的。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。又如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。
一、涂层附着力
1、概述
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了。
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。
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、涂层附着力的测试
常用的方法有划圈法、划格法等。直接简便的方法就是划格胶带法，该法测定涂层附着力根据切口形式的不同通常分为两种：正交切口和“X”切口，正交切口所在试样上划出贯穿涂层到达基体的25或100个方格，然后在其上粘贴宽18mm或24mm，粘附力每10mm大于2.94N的透明胶带，粘贴长度约20mm，用橡皮擦使胶带完全贴附在涂层上，1-2秒后，手持胶带的一端与涂面垂直，迅速地（不要猛然一拉）将胶带撕下，如右图所示：
3、 涂层附着力要求
为保证涂膜的寿命，我司的PU面漆对单组分塑胶底漆的附着为100%。判定的标准是角部欠缺约10个以内，网纹涂层不能有50%以上剥落现象。
二、涂层厚度
1、概述
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。
2、干膜厚度测定
干膜厚度是产品涂装施工中至关重要一个工艺参数，亦是产品涂装质量验收的关键指标之一。测定的方法有很多，目前普遍使用漆膜测厚仪测定。
三、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。
涂层硬度的测试可以采用摆杆、铅笔以及压痕三种硬度测定法。
摆杆硬度测定法的工作原理：接触漆膜表面的摆杆以一定周期摆动时，如表面越软，则摆杆的摆幅衰减越快，反之，则衰减越慢。
压痕硬度是指抵抗压入有机涂层的能力，在一定的载荷下，涂层硬度越高，则其抵抗压头压入有机涂层的能力越强，涂层压痕也就越小。
目前普遍采用的是铅笔硬度测定法，所采用一套已知硬度的绘图铅笔芯来进行漆膜硬度的测定。漆膜硬度可由能够穿透漆膜而达到底材的铅笔硬度等级来表示，如采用一组中华牌高级绘图铅笔，其硬度等级为6H、5H、4H、3H、2H、H、HB、B、2B、3B、4B、5B、6B，其中以6H为最硬、6B最软，由6H-6B硬度递减。两个相邻笔芯之间的硬度等级差视为一个硬度单位，测试用的铅笔应用削笔刀将其削到露出柱形笔芯5-6mm（切不可松动或削伤铅芯）握住铅笔使其与NO.400
砂纸面成90°，在砂纸上不停划圈，以摩擦铅芯端面，直至获得端面平整、边缘锐利的笔端为止（边缘不得有破碎或缺口）。把削好的铅笔装入铅笔夹使其与漆膜成45°，铅笔刚好接触试样，拧紧止动螺钉，移动硬度计，使试样与铅笔端反向移动3mm左右，移动速度约0.5mm/s，变换试样位置，依次犁出五道痕，如未犁伤漆膜，则以此级的铅笔代表所测漆膜的硬度。铅笔每使用一次后须重磨或旋转180°后再用。
第四讲 涂装环境要求
适宜的涂装环境是保证涂装质量的重要因素，包括以下几个方面：
（1）光线好，亮度均匀。
在涂装操作区域要有适当的亮度，以利观察操作，但应避免日光直射。
（2）适当的温度和湿度
空气的温度和湿度对涂层性能有很大影响，掌握不当，就会使涂层产生种种弊病，不同涂料由于它们的挥发性能和施工性能不同，要求涂装时的温度、湿度也不同，对于PU漆，最适宜的气温应在5-30℃，相对湿度≤80%。
（3）空气的清洁度
空气中的尘埃在漆膜上不但影响外观质量，还使涂层性能和耐久性降低，应严格加以控制。所以涂装区域的空气应保持干燥、清洁、少尘或无尘。根据喷漆质量要求，其洁净度等级为100000级到10000级，如下表所示。
表4-1空气洁净度等级:
等 级 ≤0.5μm尘粒数/m3(L)空气 >0.5μm尘粒数/m3(L)空气
100级 ≤35×100 (3.5)
1000级 ≤35×1000 (35) ≤250 (0.25)
10000级 ≤35×10000 (350) ≤2500 (2.5)
100000级 ≤35×100000 (3500) ≤25000 (25)
（粉尘判断常识：100um一看就见；30um容易见；20um仔细看；10um光照看；10um以下肉眼看不见）
注：1、空气洁净度等级的确定应以动态条件下测试的尘粒总数值为依据。
2、本表摘自原电子工业部《工业企业洁净厂房设计规范》。
对于施工PU漆，要求车间空气洁净度10万级，喷涂房1万级以下。
（4）通风良好，换气适当
车间内的空气应通过空气过滤与外界保持不断流动，一方面可以加速涂层干燥，也可稀释车间内有害物质浓度，改善卫生条件。
第五讲 PU涂装常见缺陷与对策
一、不干
1、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。
2、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/OH〈1，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。
3、现场预防措施：严格按照施工比例调配双组分PU漆，搅拌均匀，同时注意施工环境的控制。
二、气泡
1、现象：在漆膜上产生气泡状的肿起和孔的现象，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。我们针对气泡的实质将
其分为两种：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。
2、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。
3 现场预防措施：
a
油漆调配、搅拌均匀后，应静置10~15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，喷涂过程不可有粉尘飘落于被涂表面。
三、桔皮
1、现象：喷涂时不能形成平滑的干漆表面，而呈桔皮状的凹凸现象，凹凸约3μm左右。
2、原因：造成桔皮的根本原因是油漆本身的流平性问题，但跟施工的方法也有很大的关系，诸如的压力不足，雾化不良；喷涂距离太远，喷枪运行速度快；被涂表面不平滑，喷涂厚度不足等均会影响流平。
3、现场预防措施：
a 调整稀释比例，选用较低的施工粘度；
b 喷涂用压缩空气压力为带缸吸上型喷枪3.5kg/cm2，重力压送型喷枪3.5~5kg/cm2；
c 喷涂时，在不流挂的前提下，尽量喷厚，对于单组分塑胶漆为底漆，PU面漆厚度一般应在30~40μm。
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