關(guān)于水性聚氨酯涂料相關(guān)問(wèn)題的研究

成綿江

廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院

關(guān)于水性聚氨酯涂料相關(guān)問(wèn)題的研究

成綿江

廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院

本文首先對(duì)水性聚氨酯涂料的涵義作了概述，然后分別從水性聚氨酯涂料的合成方法、應(yīng)用領(lǐng)域以及改性方法等方面對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)論述。

水性聚氨酯涂料；合成；應(yīng)用；改性

前言

隨著著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸提高，以及各國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì)涂料中含有的有機(jī)揮發(fā)物含量的嚴(yán)格控制，使得開發(fā)低污染高性能的水性聚氨酯涂料成為熱點(diǎn)。

1　水性聚氨酯涂料概述

水性聚氨酯涂料是指以水作為溶劑，溶解或分散的聚氨酯樹脂于水中而形成的一種涂料。水性聚氨酯涂料也被稱為水基聚氨酯或水性聚氨酯，水性聚氨酯涂料是基本介質(zhì)為水的高分子化合物溶液，具有不易燃，低氣味，無(wú)污染，節(jié)約能源和施工方便的優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到人們的關(guān)注。水性聚氨酯的軟硬度可通過(guò)聚氨酯鏈段結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)，具有耐低溫性，良好的柔韌性等優(yōu)點(diǎn)，使其應(yīng)用更加廣泛。

2　水性聚氨酯涂料的合成方法

水性聚氨酯制備方法有外乳化法和內(nèi)乳化法。外乳化法也稱強(qiáng)制乳化法，此方法是早期的制作方法，需要在乳化劑、高剪切力的條件下將聚氨酯預(yù)聚體強(qiáng)制乳化，最終形成水性聚氨酯乳液。最早的水性聚氨酯產(chǎn)品主要外乳化法制備，但在反應(yīng)中乳化劑用量多且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，獲取的乳液粒徑過(guò)大，導(dǎo)致聚氨酯乳液性能差且不穩(wěn)定，目前工藝中很少使用。內(nèi)乳化法或自乳化法是通過(guò)將親水基團(tuán)直接導(dǎo)入分子鏈，促使分子部分有著親水性并實(shí)現(xiàn)整個(gè)分子分散于水中，此方法避免了外乳化法性能差與不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，目前使用廣泛。其中最主要的方法為丙酮法，丙酮法應(yīng)用范圍廣，產(chǎn)品質(zhì)量好，粒子大小有著較大的可變范圍，目前絕大多數(shù)水性聚氨酯乳液為此法制備。

3　水性聚氨酯涂料的應(yīng)用

3.1防腐涂料

由于水性聚氨酯具有耐酸堿、耐磨損、低溫固化等一系列的優(yōu)點(diǎn)，人們將水性聚氨酯引入了防腐蝕涂料行業(yè)，涂防腐涂料以防腐蝕的方法具有成本低、施工方便、易于配合其他防腐措施的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。水性聚氨酯 涂料具有保護(hù)和裝飾的功能，主要應(yīng)用于墻面涂料，工業(yè)設(shè)施等，具有高耐久、抗磨耗、抗沾塵特點(diǎn)，在美化設(shè)施的同時(shí)，延長(zhǎng)了其使用壽命，降低了維修成本。建筑物墻面及工業(yè)設(shè)施需經(jīng)常暴露在大氣和雨雪及紫外線環(huán)境中，水性聚氨酯 涂料的耐候性、隔熱性和防水性完全能夠滿足使用需要，作為墻面保護(hù)涂料，聚氨酯涂料的耐堿、耐刷洗和耐沾污的特點(diǎn)，使其可以被直接涂裝于水泥材料的基底上，施工方便。

3.2防水涂料

防水是人們的生活中一項(xiàng)重要的工作，聚氨酯防水涂料具有優(yōu)越的附著力，并且容易進(jìn)行修補(bǔ)，防水耐腐蝕等性能均高于傳統(tǒng)涂料，相較于其他材料，水性聚氨酯的機(jī)械性較好，有著極高的粘著性。因此被廣泛的運(yùn)用在建筑防水層。經(jīng)過(guò)改性的水性聚氨酯涂料的粒徑減小，表面張力下降，聚氨酯涂膜的耐水性，耐熱性，粘附性和機(jī)械性能顯著改進(jìn)，能夠滿足現(xiàn)代防水涂料多樣化需求。除此之外，水性聚氨酯還被用作涂層劑，用來(lái)制備防水透氣的功能性濕織物。相比之傳統(tǒng)的涂層劑，水性聚氨酯涂層劑所作織物具有柔韌性強(qiáng)、耐磨損性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且綠色無(wú)污染，富有彈性。建筑防水涂料在使用時(shí)，水性聚氨酯 涂料形成致密均勻的涂膜，能夠有效防止?jié)B漏，被廣泛用于屋頂和地下管道工程等場(chǎng)合。

3.3抗沖擊涂料

抗沖擊涂料可直接應(yīng)用于水泥基地面，隨著工業(yè)生產(chǎn)要求的提高，水性聚氨酯 涂料被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)有著嚴(yán)格的要求的場(chǎng)合，如低VOC，耐磨損，維修方便等。水性聚氨酯 涂料因其優(yōu)異的性能，可用于衛(wèi)生間和車庫(kù)等地面的防水及裝飾； 它與水泥地面具有良好的粘結(jié)，施工后地坪整體性較好，水性聚氨酯 涂料在涂層固化后，涂層的彈性好，手感舒適，適用于會(huì)議室和高檔地板裝修等場(chǎng)合。唐進(jìn)偉等合成了一種水性濕固化聚氨酯樹脂，該樹脂是經(jīng)六亞甲基二異氰酸酯單體加聚后改性而成，該樹脂既具備單組分水性涂料施工便捷、成本較低的特點(diǎn)，又具有較好穩(wěn)定性和膠膜耐水性及耐老化等性能。

3.4功能性涂料

3.4.1防火涂料

如今有機(jī)材料已經(jīng)被廣泛的用于建筑物中，有機(jī)物的可燃性也使人們更加重視建筑物防火工作。防火涂料，因此也得到了快速的發(fā)展，防火涂料具有裝飾性和阻燃性，常常被用于易燃的建筑構(gòu)件的表層上，以此提高有機(jī)材料的耐火能力。通過(guò)加入鹵素、氮、磷等元素于聚氨酯鏈段中，并且加入合適的助劑協(xié)同，可以使水性聚氨酯 涂料具有一定的阻燃性。

3.4.2防霉涂料

防霉涂料通常被用于潮濕和溫暖的環(huán)境中，抑制建筑物表面的霉菌生長(zhǎng)，同時(shí)具有裝飾的作用。由于水性聚氨酯 涂層本身是高分子材料和水等的混合物，具備微生物的生長(zhǎng)條件，使其非常容易遭受微生物的感染，受到感染后的涂料會(huì)發(fā)生質(zhì)變，不僅失去了其綠色環(huán)保的性能，還會(huì)對(duì)環(huán)境以及人體造成巨大的危害。因此，在水性聚氨酯中引入合適的殺菌劑可以防止微生物的滋生，保護(hù)涂料的性能不受影響。制備防霉殺菌的涂料時(shí)，有兩種方式可以選擇，一種是物理方法，直接將殺菌劑加入到水性聚氨酯 涂料中，既可以達(dá)到制備防霉殺菌涂料的效果，并且制備方式又簡(jiǎn)單易行，常用的防霉殺菌劑為銀、納米TiO2和納米ZnO 等無(wú)機(jī)抗菌劑。第二種方法是化學(xué)方法，將有抗菌基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物將抗菌基團(tuán)以共價(jià)鍵的形式結(jié)合在不溶性載體上，制備過(guò)程復(fù)雜，成本較高。

4　水性聚氨酯涂料改性方法

4.1環(huán)氧樹脂改性

環(huán)氧樹脂具有環(huán)氧基和羥基的官能團(tuán)可參與合成反應(yīng)，同時(shí)具有高彈性模量，高強(qiáng)度，耐熱性，耐化學(xué)性等優(yōu)點(diǎn)，能夠提高剛度和耐腐蝕能力。應(yīng)用環(huán)氧樹脂共混改性時(shí)，水性聚氨酯 和環(huán)氧樹脂之間并沒(méi)有形成化學(xué)鍵，主要依靠水性聚氨酯 分子的包覆作用和羧基的穩(wěn)定作用，隨著環(huán)氧樹脂的量劇增，其穩(wěn)定作用越來(lái)越小?；瘜W(xué)共聚改性水性聚氨酯，環(huán)氧樹脂直接參與合成水性聚氨酯涂料，通過(guò)化學(xué)共聚法能夠得到性能更優(yōu)異的水性聚氨酯涂料。

4.2有機(jī)硅改性

有機(jī)硅化合物結(jié)構(gòu)中含有元素硅，屬于半有機(jī)、半無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)的高分子化合物，因而具有良好的耐水性、耐候性、透氣性及低表面能等優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)硅改性水性聚氨酯的類型主要有四種類型： 第一種類型為有機(jī)硅氧烷改性； 第二種類型為有機(jī)硅氧烷-環(huán)氧樹脂復(fù)合改性；第三種類型為有機(jī)硅氧烷-丙烯酸酯復(fù)合改性； 第四種類型為無(wú)機(jī)硅納米材料改性。

4.3納米材料改性

納米材料因其自身的量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)，在對(duì)水性聚氨酯 進(jìn)行改性時(shí)，可以顯著改善水性聚氨酯 的耐熱性和力學(xué)性能，并賦予其良好的殺菌、阻燃等功能。常用的納米粒子有SiO2、TiO2、ZnO、碳納米管和石墨烯等。

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水性聚氨酯涂料將聚氨酯涂料的高固含量，耐腐蝕性，機(jī)械性能強(qiáng)，涂膜附著力好等優(yōu)點(diǎn)與水性涂料的低揮發(fā)性有機(jī)化合物含量相結(jié)合，降低了對(duì)環(huán)境的危害，在未來(lái)將得到更好的應(yīng)用。

［1］于艷，焦鋒剛.改性水性聚氨酯涂料的研究進(jìn)展［J］.商洛學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，02:40-44.

［2］張玉，楊建軍，吳慶云，張建安，吳明元.水性聚氨酯涂料的應(yīng)用及研究進(jìn)展［J］.聚氨酯工業(yè)，2015，02:6-10.