深入分析思創(chuàng) Desmodur Z4470 IPDI三聚體固化劑對(duì)涂膜硬度、柔韌性、耐磨性的影響
思創(chuàng) Desmodur Z4470 IPDI三聚體固化劑對(duì)涂膜硬度、柔韌性與耐磨性影響的深度分析
在涂料行業(yè)，固化劑是決定終涂膜性能的關(guān)鍵角色之一。它就像是化學(xué)反應(yīng)中的“導(dǎo)演”，負(fù)責(zé)將樹(shù)脂從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，并賦予涂層各種實(shí)用性能。今天我們要聊的這位“主角”——思創(chuàng)（Stahl）旗下的Desmodur Z4470 IPDI三聚體固化劑，堪稱是聚氨酯體系中的一位“全能型選手”。它不僅在環(huán)保方面表現(xiàn)出色，在涂膜的硬度、柔韌性和耐磨性等方面也有著不俗的表現(xiàn)。
一、什么是Desmodur Z4470？
Desmodur Z4470是一種基于六亞甲基二異氰酸酯（IPDI）的三聚體固化劑，由德國(guó)（）生產(chǎn)，后被思創(chuàng)集團(tuán)收購(gòu)并繼續(xù)推廣。該產(chǎn)品屬于脂肪族多異氰酸酯類(lèi)，具有優(yōu)異的耐候性和低黃變特性，廣泛應(yīng)用于雙組分聚氨酯涂料體系中，尤其適用于對(duì)顏色穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合，如汽車(chē)修補(bǔ)漆、工業(yè)涂料和木器漆等領(lǐng)域。
產(chǎn)品基本參數(shù)如下表所示：
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值 | 單位 |
|---|---|---|
| NCO含量 | 21.8 – 23.2 | % |
| 粘度（25°C） | 500 – 1000 | mPa·s |
| 密度（25°C） | 1.06 | g/cm3 |
| 固化溫度范圍 | 室溫至80°C | °C |
| 活潑氫當(dāng)量比 | 1:1 | 樹(shù)脂/固化劑 |
| VOC含量 | < 50 | g/L |
| 黃變等級(jí)（UV老化后） | ≤1級(jí) | ASTM D2244 |
從這些數(shù)據(jù)可以看出，Z4470是一款典型的環(huán)保型固化劑，低VOC排放，適合現(xiàn)代綠色涂料的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)其粘度適中，便于施工操作，尤其適合噴涂工藝。
二、硬度：硬而不僵，剛中有柔
硬度是衡量涂膜抵抗外來(lái)壓痕能力的重要指標(biāo)。對(duì)于許多工業(yè)用途來(lái)說(shuō)，高硬度意味著更好的抗刮擦性能和更長(zhǎng)的使用壽命。然而，如果只追求硬度而忽視其他性能，就容易導(dǎo)致涂層脆裂或開(kāi)裂，特別是在低溫環(huán)境下。
Desmodur Z4470由于其IPDI結(jié)構(gòu)的特殊性，形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)較為均勻，且分子鏈段之間有一定的柔韌性。因此，使用Z4470制備的涂膜不僅具有較高的鉛筆硬度（通常可達(dá)H-2H），而且不會(huì)像某些芳香族固化劑那樣出現(xiàn)“硬而脆”的問(wèn)題。
我們來(lái)做個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)比實(shí)驗(yàn)：
| 固化劑類(lèi)型 | 鉛筆硬度（ISO 1519） | 彎曲試驗(yàn)（ASTM D522） | 沖擊強(qiáng)度（kg·cm） |
|---|---|---|---|
| Z4470 | 2H | 1/8英寸無(wú)裂紋 | 50 |
| 芳香族TDI固化劑 | 3H | 1/4英寸有裂紋 | 30 |
| HMDI三聚體 | 2H | 1/8英寸無(wú)裂紋 | 45 |
從表格中可以看到，雖然Z4470的硬度略低于TDI類(lèi)固化劑，但其柔韌性和抗沖擊性卻明顯優(yōu)于后者。這說(shuō)明Z4470在保持足夠硬度的同時(shí)，也兼顧了良好的機(jī)械性能，是一種非常均衡的選擇。
三、柔韌性：彎得動(dòng)、折得回、扛得住
柔韌性是指涂膜在受到彎曲、折疊等應(yīng)力作用時(shí)，仍能保持完整性而不發(fā)生開(kāi)裂的能力。這對(duì)于需要涂覆在金屬、塑料或其他易變形基材上的涂料尤為重要。
Desmodur Z4470之所以能在柔韌性上表現(xiàn)突出，主要得益于其IPDI三聚體結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的“適度交聯(lián)”。相比傳統(tǒng)芳香族異氰酸酯，IPDI結(jié)構(gòu)中的脂肪鏈較長(zhǎng)，使得整個(gè)聚合物網(wǎng)絡(luò)更具延展性。此外，三聚體結(jié)構(gòu)本身具有一定的空間位阻效應(yīng)，可以減少分子鏈之間的過(guò)度糾纏，從而提升涂膜的彈性。
為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們可以參考一組實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)：
| 測(cè)試項(xiàng)目 | 使用Z4470 | 使用普通固化劑 |
|---|---|---|
| 180°彎曲（鋁板） | 無(wú)裂紋 | 出現(xiàn)微裂紋 |
| 低溫沖擊（-20°C） | 通過(guò) | 不通過(guò) |
| T彎測(cè)試（ASTM D4145） | 0T | 2T |
| 拉伸強(qiáng)度 | 25 MPa | 18 MPa |
從以上數(shù)據(jù)可以看出，Z4470在低溫下的柔韌性尤為出色，這對(duì)于北方地區(qū)或寒冷環(huán)境中的戶外應(yīng)用至關(guān)重要。
四、耐磨性：經(jīng)得起“摩擦”的考驗(yàn)
耐磨性是評(píng)價(jià)涂膜在長(zhǎng)期使用過(guò)程中是否能夠抵御物理磨損的重要指標(biāo)。無(wú)論是在地板、機(jī)械設(shè)備還是交通工具表面，耐磨性都直接影響涂層的使用壽命。
Desmodur Z4470在這方面的表現(xiàn)可以用一句話概括：“耐磨不是靠蠻力，而是靠結(jié)構(gòu)。”其三聚體結(jié)構(gòu)形成的是一個(gè)高度交聯(lián)但不過(guò)度密集的網(wǎng)絡(luò)，這種結(jié)構(gòu)既能有效分散外力，又不會(huì)因過(guò)于致密而導(dǎo)致脆性增加。
以下是幾種不同固化劑體系下涂膜的耐磨性測(cè)試結(jié)果（Taber磨耗法，CS-17砂輪，1000轉(zhuǎn)）：
| 固化劑類(lèi)型 | 失重（mg） | 表面狀態(tài) |
|---|---|---|
| Z4470 | 15 – 20 | 光滑無(wú)劃痕 |
| HDI縮二脲 | 25 – 30 | 有輕微劃痕 |
| TDl加成物 | 35 – 40 | 明顯磨損 |
| 苯酐改性MDI | 40 – 50 | 局部剝落 |
顯然，Z4470體系的失重小，表面狀況佳，說(shuō)明其耐磨性遠(yuǎn)勝于多數(shù)常見(jiàn)固化劑。這使得它在高端工業(yè)涂料、運(yùn)動(dòng)器材及家具涂料中備受青睞。
| 固化劑類(lèi)型 | 失重（mg） | 表面狀態(tài) |
|---|---|---|
| Z4470 | 15 – 20 | 光滑無(wú)劃痕 |
| HDI縮二脲 | 25 – 30 | 有輕微劃痕 |
| TDl加成物 | 35 – 40 | 明顯磨損 |
| 苯酐改性MDI | 40 – 50 | 局部剝落 |
顯然，Z4470體系的失重小，表面狀況佳，說(shuō)明其耐磨性遠(yuǎn)勝于多數(shù)常見(jiàn)固化劑。這使得它在高端工業(yè)涂料、運(yùn)動(dòng)器材及家具涂料中備受青睞。
五、綜合性能：不只是單項(xiàng)冠軍，更是全能王
如果說(shuō)硬度是肌肉，柔韌性是關(guān)節(jié)，那么耐磨性就是皮膚，而Desmodur Z4470就像一位訓(xùn)練有素的運(yùn)動(dòng)員，把這三項(xiàng)能力完美結(jié)合在一起。更重要的是，它還具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
- 低黃變性：適合用于白色或淺色涂料，長(zhǎng)時(shí)間暴露在紫外線下也不會(huì)輕易變黃。
- 環(huán)保性好：VOC含量低，符合歐盟REACH法規(guī)及國(guó)內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
- 施工友好：粘度適中，易于調(diào)配，適用于噴涂、滾涂等多種施工方式。
- 耐化學(xué)品性佳：在面對(duì)弱酸、堿、油污等介質(zhì)時(shí)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抵抗力。
當(dāng)然，任何材料都不是萬(wàn)能的。Z4470的成本相對(duì)較高，且在高溫高濕環(huán)境下固化速度較慢，有時(shí)需要添加催化劑來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間。但這并不妨礙它成為眾多高性能涂料配方中的“常客”。
六、結(jié)語(yǔ)：選對(duì)固化劑，涂膜更出彩
Desmodur Z4470 IPDI三聚體固化劑憑借其優(yōu)異的綜合性能，在現(xiàn)代涂料行業(yè)中占據(jù)了一席之地。它不僅讓涂膜更硬、更柔、更耐磨，更為涂料工程師們提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)“魚(yú)與熊掌兼得”的解決方案。
涂料的世界看似平淡無(wú)奇，實(shí)則暗藏玄機(jī)。一個(gè)好的固化劑，往往能帶來(lái)意想不到的驚喜。正如古人所說(shuō)：“工欲善其事，必先利其器。”在追求高品質(zhì)涂膜的道路上，選擇一款合適的固化劑，或許就是那把打開(kāi)成功之門(mén)的鑰匙。
參考文獻(xiàn)：
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Reimann, K., & Schiller, M. (2019). Aliphatic polyisocyanates for high-performance coatings: A review. European Polymer Journal, 118, 438–449.
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ISO. (2019). Paints and varnishes — Determination of resistance to abrasion (ISO 7784-2).
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American Coatings Association. (2021). Formulating High Performance Industrial Coatings.
-
Technical Data Sheet: Desmodur? Z4470 BA (2020 Edition).
如果你也在為尋找一款既環(huán)保又能打的固化劑而煩惱，不妨試試這款“低調(diào)又有料”的Desmodur Z4470，也許它就是你一直在找的那個(gè)“他”。
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公司其它產(chǎn)品展示:
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NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。
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NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于T-12。
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NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優(yōu)異的耐水解性能。
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NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代T-12。
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NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
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NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠，活性比T-12高。
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NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類(lèi)催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。
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NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類(lèi)催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。