前 言
以前我國外裝飾、保護用漆大多采用醇酸、硝基、丙烯酸、氨基等涂料，但其漆膜易倒光、變色、發黃和開裂，遠不能滿足當今對表面裝飾日益嚴格的要求。丙烯酸聚氨酯涂料即能自干又能烘干，具有附著力強、豐滿度高、硬度好、高光澤、耐磨、耐彎曲等性能，且具有卓越的保光、保色、耐候和不泛黃性，在許多行業已得到廣泛應用。
目前我們所使用的PU面漆就是NCO/OH型雙組分聚氨酯涂料，是聚氨酯涂料系統中使用面最廣泛、最有發展前景的一種。所謂NCO/OH型雙組份聚氨酯涂料是以多異氰酸酯預聚物（即固化劑，我司所使用的是六亞甲基二異氰酸酯（HDI）的三聚體，屬于不黃變脂肪族二異氰酸酯，由它制成的PU漆耐候性好、光穩定性佳）為甲組分或謂A組分，以含羥基的高分子化合物（我司使用的是羥基聚丙烯酸樹脂）為乙組分或謂B組分。
在施工時，甲乙兩組分按一定的比例配合，并用PU專用稀釋劑調節粘度后噴涂，噴涂后絕大多數為低溫加熱催化固化，亦可室溫固化。其固化成膜過程是多種化學反應的結果。因此，涂膜性能受到多種因素的影響，從而帶來了兩方面的結果：一方面調整配方，為按預定目標配制多品種、多功能、多性能、多用途的PU漆提供了多種途徑；另一方面，增加了設計配方與涂裝的難度，欲得到滿意的涂裝效果，必須對各種影響因素予以綜合考慮。
第一講 工藝流程
施工廠家可參考該流程圖，規劃每個工藝所需的場地、合理的設施、工具，設計最佳的流程，達到可以連續量產的目的。
第二講 PU漆基本知識
一、PU漆的基本化學反應
固化劑內所含的異氰酸酯基（-NCO）是非常活潑的，能與多種化合物反應，根據實際應用需要，將其基本的化學反應敘述如下：
1、異氰酸酯與含羥基化合物的反應，反應式如下：
該反應是加成聚合逐步反應，無任何低分子物產生。
反應所生成的氨基甲酸酯基中氮原子上的氫原子受羰基的電子效應影響，在較高溫度（100℃以上）或在催化劑存在之下，在較低溫度又能和過量的異氰酸酯進一步反應生成脲基甲酸酯。
該反應說明一般聚氨酯涂料的合成溫度均在100℃以下，以防止生成脲基甲酸酯支化而膠凝，也說明聚氨酯涂料經烘烤后的交聯密度高，比常溫固化的要好，特別是耐化學性要好得多，就是因為除了本身的氨基鍵外，還存在脲基甲酸酯鍵。
2、異氰酸酯與水反應
3、異氰酸酯與羧酸反應
異氰酸酯與羧酸基反應也是逐步加成聚合反應，放出CO2，反應過程如下：
我們這里只列舉了異氰酸酯的四個反應式，當然異氰酸酯的化學反應遠不止這些。目前，我們所使用的雙組分PU漆所涉及的，以及我們噴涂施工時可能出現的狀況相關聯的，主要就是這四個反應式。了解了這幾個反應式條件和機理，對大家成為更專業的PU噴涂專家是很有幫助的。
利用羥基丙烯酸樹脂（乙組分，即PU光油）與脂肪族多異地氰酸酯預聚物組分配合可制成色澤淺、保光保色性優、戶外耐候性好的高裝飾性涂料。由于該涂料外用裝飾好，又能在室溫交聯固化成膜，漆膜耐磨、耐油、硬度較高，是高級轎車、汽車、家用電器、電氣儀表及輕工產品等理想的裝飾、保護涂料品種。
二、NCO/OH型雙組分聚氨酸涂料的配制
1、 成膜基理
NCO/OH型雙組分聚氨酯涂料的成膜過程實際上是一個復雜的固化反應的過程，成膜基理是-NCO基與-OH基團之間的化學反應。但所形成的氨酯鍵在催化劑存在下，其氨酯鍵中的仲氮原子上的活潑氫還會和過量的-NCO基反應生成脲基甲酸酯鍵。在一定條件下，這一反應還可以迅速地發展下去，直到耗盡殘留的-NCO基，反應示意如反應式2。
上述反應在理論上只要有過量的-NCO基存在，氨酯鍵中的活潑氫即可參與反應下去。實際上，因成膜反應主要是-NCO與-OH基的反應，但尚存在所形成氨酯鍵中的活潑氫與-NCO反應以及B組分中帶來微量水與-NCO的反應，在這些復雜反應中存在著競爭反應，而氨酯鍵中的活潑氫在室溫下的反應極緩慢，當溫度上升時反應速率又會加快。
如上所述，
NCO/OH型雙組分聚氨酯涂料的固化是多種化學反應的結果，生成不同的化學鍵使涂膜兼有多種結構，從而獲得了各種良好的性能。
2、影響涂膜性能的因素
A、B組分的類型依據涂膜的性能要求而定，但仍有許多方面的因素會影響涂膜的性能。主要有：
（1）NCO/OH基的當量比，配漆時光油與固化劑的比例，通過折算后就是NCO/OH基的當量比。若NCO：OH＜1，即固化劑太少，不足以
B組分反應，則涂膜發軟、發黏、耐水性差，更不耐溶劑及化學性；但NCO：OH＞1，即固化劑過多、過量的NCO基將吸收空氣中的水分而生成脲鍵，放出CO2，進而又可生成縮二脲鍵、脲基甲酸酯鍵等等，造成涂膜交聯密度過大、涂膜脆性大、涂膜表面狀況不好，易出現針孔弊病。一般選擇NCO/OH=（1.05-1.15）:1（當量比）。必須注意的是這個比例并不是我們配漆時光油與固化劑的比例，但光油與固化劑的比例就是按此當量比計算得到的。
（2） 固化條件
固化條件主要指雙組分聚氨酯涂料固化的環境溫度和濕度條件。反應溫度的條件不同，所形成的涂膜的性能也各異。實踐證明：在室溫條件下，聚氨酯涂料的固化需要相當長的時間，聚氨酯涂料在大于70℃條件固化時，涂膜的耐水性、耐磨性等均有提高。
（3） 催化劑品種和用量
催化劑的作用在于增加-NCO基與-OH反應活性，加速交聯固化成膜反應進行，對涂膜的交聯程度有較大的影響。催化劑品種的選擇和用量的多少，必須根據A、B組分的種類和使用要求的不同，通過實驗來確定。
第三講 涂層物性及測定
涂層性能是涂料性能、涂裝質量、涂裝管理水平的綜合反映，受到涂料品種、涂裝施工等眾多因素的制約。從涂料本身而論，其技術性能就是一個內在矛盾的統一體，其某些性能是互相矛盾、互相影響和互相消長的，如成膜物質分子間的內聚力和涂層與被涂物表面附著力間就是互相矛盾的。一般說涂層成膜物質分子間的內聚力越大，涂層的機械強度、耐水性及耐化學腐蝕性等性能就越好，涂層的使用壽命越長，但涂層對被涂物表面的附著力就越差。又如涂層的硬度與柔韌性的關系也是彼消此長的，涂層的硬度高柔韌性就差，反之，涂層的柔韌性好硬度就差，這是涂料本身所決定的，因此，在選擇涂料品種時，應著重考慮其涂層性能的主要方面而適當兼顧其他方面。
一、涂層附著力
1、概述
附著力是指涂層與被涂物表面之間或涂層與涂層之間相互結合的能力。良好的附著力對被涂產品的防護效果是至關重要的，一種涂料產品的其他性能無論多么優異，但如果與被涂物表面的結合力太差，或者是因施工不當而造成涂層在產品的運輸或使用過程中過早脫落，也就談不上有什么防護效果了。
涂層附著力的好壞取決于兩個關鍵因素：一是涂層與被涂物表面的結合力；二是涂裝施工質量尤其是表面處理的質量。
涂層與被涂物的結合可分為三種類型：化學結合、機械結合和極性（吸附）結合。其結合通常是某兩種或三種結合方式同時發揮作用使涂層粘附在物體表面。
化學結合：即涂層與基材之間形成化學鍵（如氫鍵）
機械結合：即涂料分子滲透到粗糙表面的凹穴或孔隙中去
極性結合：是靠分子之間的作用力，即范德華力結合，是分子水平的吸附。
表面處理的目的是盡可能的消除涂層與被涂物體表面結合的障礙，排除如油水或其它雜質等影響化學結合及極性結合的因素，使涂層能與被涂物表面直接接觸，表面處理的質量與涂層附著力息息相關。
2、涂層附著力的測試
常用的方法有劃圈法、劃格法等。直接簡便的方法就是劃格膠帶法，該法測定涂層附著力根據切口形式的不同通常分為兩種：正交切口和“X”切口，正交切口所在試樣上劃出貫穿涂層到達基體的25或100個方格，然后在其上粘貼寬18mm或24mm，粘附力每10mm大于2.94N的透明膠帶，粘貼長度約20mm，用橡皮擦使膠帶完全貼附在涂層上，1-2秒后，手持膠帶的一端與涂面垂直，迅速地（不要猛然一拉）將膠帶撕下，如右圖所示：
3、 涂層附著力要求
為保證涂膜的壽命，我司的PU面漆對單組分塑膠底漆的附著為100%。判定的標準是角部欠缺約10個以內，網紋涂層不能有50%以上剝落現象。
二、涂層厚度
1、概述
涂層厚度是涂裝施工需要控制的一項重要指標，涂層厚度控制是否合理，將直接影響涂層的外觀質量與其他性能。例如一次涂得過厚易造成流掛、起皺等弊病；而涂得太薄則不易流平，且在一定的涂層厚度范圍內需要涂覆的道數增加，使涂裝費用也隨之提高。每道漆涂覆的厚度范圍與涂料品種、防護要求、施工方式、底材表面特性等因素有關。對于我們所采取的涂裝方式，即單組分塑膠漆打底、再罩PU面漆，最好是在不流掛的情況下盡可能噴厚以利于流平及提高防護效果。
2、干膜厚度測定
干膜厚度是產品涂裝施工中至關重要一個工藝參數，亦是產品涂裝質量驗收的關鍵指標之一。測定的方法有很多，目前普遍使用漆膜測厚儀測定。
三、涂層硬度
硬度是表示涂層機械強度的重要性能之一，其物理意義可理解為涂層被另一種更硬的物體穿入時所表現的阻力。涂層硬度與涂料品種及涂層的固化程度有關。在此要提出的是涂層的固化程度直接影響其硬度值，即硬度由小到大是涂層在干燥過程中時間的函數，完全干燥的涂層才具有特定的最高硬度。此外，涂層的硬度越高，其柔韌性、耐沖擊性則隨之下降。
涂層硬度的測試可以采用擺桿、鉛筆以及壓痕三種硬度測定法。
擺桿硬度測定法的工作原理：接觸漆膜表面的擺桿以一定周期擺動時，如表面越軟，則擺桿的擺幅衰減越快，反之，則衰減越慢。
壓痕硬度是指抵抗壓入有機涂層的能力，在一定的載荷下，涂層硬度越高，則其抵抗壓頭壓入有機涂層的能力越強，涂層壓痕也就越小。
目前普遍采用的是鉛筆硬度測定法，所采用一套已知硬度的繪圖鉛筆芯來進行漆膜硬度的測定。漆膜硬度可由能夠穿透漆膜而達到底材的鉛筆硬度等級來表示，如采用一組中華牌高級繪圖鉛筆，其硬度等級為6H、5H、4H、3H、2H、H、HB、B、2B、3B、4B、5B、6B，其中以6H為最硬、6B最軟，由6H-6B硬度遞減。兩個相鄰筆芯之間的硬度等級差視為一個硬度單位，測試用的鉛筆應用削筆刀將其削到露出柱形筆芯5-6mm（切不可松動或削傷鉛芯）握住鉛筆使其與NO.400
砂紙面成90°，在砂紙上不停劃圈，以摩擦鉛芯端面，直至獲得端面平整、邊緣銳利的筆端為止（邊緣不得有破碎或缺口）。把削好的鉛筆裝入鉛筆夾使其與漆膜成45°，鉛筆剛好接觸試樣，擰緊止動螺釘，移動硬度計，使試樣與鉛筆端反向移動3mm左右，移動速度約0.5mm/s，變換試樣位置，依次犁出五道痕，如未犁傷漆膜，則以此級的鉛筆代表所測漆膜的硬度。鉛筆每使用一次后須重磨或旋轉180°后再用。
第四講 涂裝環境要求
適宜的涂裝環境是保證涂裝質量的重要因素，包括以下幾個方面：
（1）光線好，亮度均勻。
在涂裝操作區域要有適當的亮度，以利觀察操作，但應避免日光直射。
（2）適當的溫度和濕度
空氣的溫度和濕度對涂層性能有很大影響，掌握不當，就會使涂層產生種種弊病，不同涂料由于它們的揮發性能和施工性能不同，要求涂裝時的溫度、濕度也不同，對于PU漆，最適宜的氣溫應在5-30℃，相對濕度≤80%。
（3）空氣的清潔度
空氣中的塵埃在漆膜上不但影響外觀質量，還使涂層性能和耐久性降低，應嚴格加以控制。所以涂裝區域的空氣應保持干燥、清潔、少塵或無塵。根據噴漆質量要求，其潔凈度等級為100000級到10000級，如下表所示。
表4-1空氣潔凈度等級:
等 級 ≤0.5μm塵粒數/m3(L)空氣 >0.5μm塵粒數/m3(L)空氣
100級 ≤35×100 (3.5)
1000級 ≤35×1000 (35) ≤250 (0.25)
10000級 ≤35×10000 (350) ≤2500 (2.5)
100000級 ≤35×100000 (3500) ≤25000 (25)
（粉塵判斷常識：100um一看就見；30um容易見；20um仔細看；10um光照看；10um以下肉眼看不見）
注：1、空氣潔凈度等級的確定應以動態條件下測試的塵粒總數值為依據。
2、本表摘自原電子工業部《工業企業潔凈廠房設計規范》。
對于施工PU漆，要求車間空氣潔凈度10萬級，噴涂房1萬級以下。
（4）通風良好，換氣適當
車間內的空氣應通過空氣過濾與外界保持不斷流動，一方面可以加速涂層干燥，也可稀釋車間內有害物質濃度，改善衛生條件。
第五講 PU涂裝常見缺陷與對策
一、不干
1、現象：油漆施工后，長期放置或催化干燥，漆膜始終發軟、發黏、或最終沒能達到應有硬度。
2、原因：造成不干的根本原因是漆膜固化不完全。羥基丙烯酸與異氰酸酯在常溫下盡管反應緩慢，經常需要一周時間，但仍會固化，所以固化不完全大多是NCO/OH〈1，即固化劑量不足與羥基丙烯酸反應，使后者過量殘留漆膜造成。另外，施工濕度太大、氣溫太低，被涂表面處理不干凈也會使固化不完全。
3、現場預防措施：嚴格按照施工比例調配雙組分PU漆，攪拌均勻，同時注意施工環境的控制。
二、氣泡
1、現象：在漆膜上產生氣泡狀的腫起和孔的現象，即在漆膜內部有氣泡。對于雙組分PU面漆，產生氣泡的原因多且復雜。我們針對氣泡的實質將
其分為兩種：a由于溶劑蒸發產生的泡稱為溶劑泡；b生產施工時，油漆夾帶的氣泡在涂裝成膜過程中未消失而產生的稱為空氣泡。
2、原因
a 對于雙組分PU漆，在調配時加入固化劑，反應過于激烈，產生大量熱量是產生溶劑泡最常見的原因；
b 剛噴涂的漆膜急劇加熱，溶劑蒸發太快也是產生溶劑泡的原因所在；
c 空氣泡大多是生產或施工時油漆本身夾帶到漆膜的；
d 被涂表面含有水分、塵埃也是產生空氣泡的常見原因。
3 現場預防措施：
a
油漆調配、攪拌均勻后，應靜置10~15分鐘，等攪拌產生的氣泡完全消失后使用，施工過程如需連續攪拌，應控制轉速不致有氣泡生成；
b
剛噴涂的漆膜烘烤干燥時應徐徐加熱升溫，讓溶劑平緩揮發，不可急劇加熱以致表干過快，漆膜過早封閉，阻礙內層溶劑逸出。換句話說，涂膜表面應有足夠的開放時間，以保證溶劑揮發逸出；
C 注意施工環境，噴涂過程不可有粉塵飄落于被涂表面。
三、桔皮
1、現象：噴涂時不能形成平滑的干漆表面，而呈桔皮狀的凹凸現象，凹凸約3μm左右。
2、原因：造成桔皮的根本原因是油漆本身的流平性問題，但跟施工的方法也有很大的關系，諸如的壓力不足，霧化不良；噴涂距離太遠，噴槍運行速度快；被涂表面不平滑，噴涂厚度不足等均會影響流平。
3、現場預防措施：
a 調整稀釋比例，選用較低的施工粘度；
b 噴涂用壓縮空氣壓力為帶缸吸上型噴槍3.5kg/cm2，重力壓送型噴槍3.5~5kg/cm2；
c 噴涂時，在不流掛的前提下，盡量噴厚，對于單組分塑膠漆為底漆，PU面漆厚度一般應在30~40μm。
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