聚氨酯涂料研究現(xiàn)狀及發(fā)展

劉煥彬

摘要：聚氨酯涂料具有優(yōu)良的附著力、耐磨性和高光澤，在涂料工業(yè)中占有重要地位。他們深受市場和消費(fèi)者的青睞。特別是近年來，新型聚氨酯環(huán)保材料和特種聚氨酯材料已投入市場，為聚氨酯樹脂和涂料注入了新的活力和希望。從聚氨酯涂料的特點(diǎn)、組成及種類等方面介紹了聚氨酯樹脂在涂料中的作用和應(yīng)用。對聚氨酯涂料在國內(nèi)市場的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了聚氨酯涂料今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；涂料；應(yīng)用；研究；樹脂

聚氨酯涂料是一種新型材料的發(fā)展在下半年的第二十世紀(jì)，其結(jié)構(gòu)中含有氨基甲酸酯，還含有酯鍵和醚鍵、脲鍵，收縮兩脲鍵、脲基甲酸酯鍵、鍵和酰基脲基潤滑脂不飽和鍵，因此，既有酰胺基團(tuán)相似的特征，如強(qiáng)度、耐磨、耐油、聚氨酯具有耐熱性、耐溶劑性、抗水性和靈活性的聚醚。

1.在中國的聚氨酯涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

在中國的聚氨酯涂料的研究開發(fā)始于20世紀(jì)50年代、80年代以來，隨著生活水平的提高，對木制家具、汽車的增長，建筑防水的需求，以及石油化工、造船業(yè)的發(fā)展，橋梁機(jī)械行業(yè)和其他行業(yè)，聚氨酯涂料進(jìn)入一個快速發(fā)展的時期，聚氨酯涂料的生產(chǎn)固體含量有所增加，TDI的消費(fèi)量約5萬t，產(chǎn)量僅次于醇酸樹脂漆、酚醛樹脂漆、丙烯酸樹脂漆，它已成為第四大涂料。2007，在中國的聚氨酯涂料的產(chǎn)量達(dá)到約50萬噸。

目前我國聚氨酯涂料的主流是一種雙組分聚氨酯涂料，主要用于木質(zhì)家具的涂料。二是單組分聚氨酯涂料，以聚氨酯為基材，可生產(chǎn)清漆和彩漆。以HDI為固化劑，以丙烯酸聚氨酯涂料為國內(nèi)汽車修補(bǔ)漆，主要應(yīng)用于小型客車和輕型客車的應(yīng)用，具有良好的市場前景。此外，不同種類的丙烯酸聚氨酯涂料也可用于汽車、家電、火車等高檔裝飾領(lǐng)域。聚醚聚氨酯地板涂料、聚醚聚氨酯機(jī)械涂料、有機(jī)硅聚氨酯涂料、聚氨酯彈性涂料等特殊聚氨酯涂料也正在開發(fā)中。

2.化學(xué)成分和性能特點(diǎn)

目前國內(nèi)TDI加成物產(chǎn)品的色澤、產(chǎn)品粘度和涂料性能均達(dá)到國外水平，但產(chǎn)品中殘留TDI單體相對較高。調(diào)整配方和工藝以減少產(chǎn)品中的殘余TDI含量。據(jù)媒體報道，日本旭化成公司使用多元醇與HDI反應(yīng)制備HDI化合物。涂層彈性好，即使在零下30度，也能保持良好的柔韌性，可用于橡膠涂層。HDI主要用于制備縮二脲，如德國拜耳、巴斯夫等公司生產(chǎn)此類產(chǎn)品。HDI二脲主要用于汽車維修。大型客車、飛機(jī)、建筑物和高級木制品需要更好的耐候性和保護(hù)性。HDI兩種聚合物本身并不穩(wěn)定。如果使用特殊催化劑，也可以合成HDI兩種聚合物。主要用于高固含量涂料的制備。它已被應(yīng)用于汽車涂料，其性能優(yōu)于HDIbiuret。聚氨酯雙組分樹脂的成膜過程為：主劑（-OH）固化劑（NCO）。聚合物的兩個組成部分與形成薄膜的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生反應(yīng)。因此，在實(shí)際施工中，不得隨意增減固化劑的份量，增多會使涂膜發(fā)脆、易起泡等；減少會使涂膜發(fā)軟、不干、硬度不夠、耐劃傷性不好。。在市場上，該產(chǎn)品也有單一的PU漆，它是用含-NCO基團(tuán)的樹脂吸收空氣中的水汽（-OH）來進(jìn)行反應(yīng)，其固化機(jī)理是一樣的。固化機(jī)理是相同的。其優(yōu)點(diǎn)是：硬度高，耐磨性好，耐熱性好，耐水性好，固體含量50%～70%，飽滿度好，施工效率高，涂裝成本低，適用范圍廣。大約60%的油漆被用于國家家具行業(yè)。聚氨酯涂料是由聚異氰酸和多羥基化合物的反應(yīng)制備而成，不經(jīng)烘烤而達(dá)到涂料的性能。

3.聚氨酯涂料的應(yīng)用

3.1聚氨酯金屬防腐蝕涂料

聚氨酯涂料具有耐候性好、保光性好、顏色穩(wěn)定性好、耐腐蝕、耐酸、低溫施工、涂層覆蓋面廣、易修復(fù)、涂層柔韌性好、延性好、抗沖擊性好、抗震效果好等優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)良的綜合性能使其廣泛應(yīng)用于防腐工程。由于聚氨酯涂料具有優(yōu)異的耐候性和裝飾性，在重防腐體系中也得到了應(yīng)用。

3.2建筑材料中聚氨酯涂料

地坪涂料也被稱為地板漆，由于聚氨酯涂料附著力和耐磨性優(yōu)良，且光亮豐滿，近年來用作地板漆亦有較大的發(fā)展。但由于異氰酸酯是合成化合物中的殘留物，這種有毒物質(zhì)對人體有害，限制了聚氨酯在地板涂料中的應(yīng)用。因此，開發(fā)環(huán)保型聚氨酯地板涂料已成為一個重要的趨勢。以溶劑為基礎(chǔ)的脂肪族聚氨酯作為外墻涂料的應(yīng)用，與乳膠漆相比比較小。其優(yōu)良的耐候性、易清洗性和耐化學(xué)性已被應(yīng)用于高檔建筑、工廠、公共場所的外墻。新一代雙組分聚氨酯系統(tǒng)可以消除溶劑的約束，在高性能的前提下調(diào)整自身性能。它更適合使用公共場所和特殊的潔凈建筑，對VOC有一定的限制。

3.3聚氨酯木器涂料

隨著人們生活水平的不斷提高，木家具行業(yè)近年來對木家具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更高的質(zhì)量要求。木器家具主要有酸固化漆、聚氨酯漆、硝基漆、不飽和聚酯漆、丙烯酸漆和水溶性涂料。傳統(tǒng)木器漆中硝基漆的溶劑含量在80%左右，酸固化涂料是用來釋放甲醛的，不適合環(huán)保聚氨酯木器家具涂料由單一品種迅速向多品種、系列化或配套產(chǎn)品發(fā)展，包括開發(fā)聚氨酯清漆、磁漆、木器封閉底漆及專用助劑和稀釋劑等，出現(xiàn)了各種美術(shù)漆、高光、亞光及無光面漆、銀珠銀光面漆、金屬閃光漆等，其他系列高固，減少公路建設(shè)數(shù)量，室溫干燥快，涂層光滑豐滿，可使木材的外觀，增強(qiáng)天然紋理，也更好地提高木制品及模具性能的耐水性和耐磨性，已成為首選的高檔家具漆。

3.4聚氨酯防水涂料

防水涂料是指涂料的一種，它具有防潮、防漏保護(hù)膜及其組件不受水的侵蝕破壞。水性聚氨酯由于具有良好的綜合防水性能而越來越受到人們的重視。它已成為防水涂料領(lǐng)域的一個新的發(fā)展方向。水性聚氨酯具有優(yōu)異的耐磨性、柔韌性、流動性、機(jī)械性能及耐化學(xué)品性，同時還有光亮、附著力強(qiáng)等優(yōu)良性能，既有效避免了溶劑型聚氨酯體系中有毒、易燃揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放，又具有不燃、無毒、不污染環(huán)境、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。附著力強(qiáng)，能有效地避免有毒，易燃易揮發(fā)的溶劑型聚氨酯的有機(jī)化合物（VOC）的排放量，具有不燃、無毒、對環(huán)境無污染，節(jié)約能源等。水性聚氨酯乳液可在丙烯酸乳液體系中復(fù)配。然后將該體系與無機(jī)粉體（水泥水化、固化）相結(jié)合，形成高強(qiáng)度高韌性聚合物水泥防水涂料。水性聚氨酯乳液的改性乳化瀝青也可以。通過改變增容劑及其助劑的用量，可以解決水性聚氨酯聚氨酯涂料的熱脆性和價格高的問題。

4.發(fā)展趨勢

重視水性建筑涂料的發(fā)展。由于溶劑型涂料對環(huán)境和人體健康造成的巨大危害，世界各國都十分重視水性建筑涂料的發(fā)展，制定嚴(yán)格的法律法規(guī)，嚴(yán)格限制建筑涂料中揮發(fā)性有機(jī)物的含量。目前，溶劑型建筑涂料的比例越來越小。由于水性建筑涂料的特點(diǎn)是工藝先進(jìn)，工藝簡單，能耗低，排放低，安全，水性涂料的建筑涂料已成為建筑涂料未來發(fā)展的必然趨勢，具有廣闊的發(fā)展前景。例如，建筑防水涂料將發(fā)展為彈性、耐酸、耐堿、隔音、密封和抗裂。如聚氨酯防水涂料、厚保溫防水涂料、氯丁橡膠防水涂料等，進(jìn)一步完善TDI固化劑的多樣化和系列化，開發(fā)一系列MDI涂料。MDI的蒸汽壓比低于TDI，涂層產(chǎn)品毒性低，硬度低?？蓪⑺跃郯滨ト橐簭?fù)合于丙烯酸乳液體系中，然后將此體系與無機(jī)粉料（水泥水合固化）交聯(lián)固化復(fù)合形成高強(qiáng)度、高韌性的聚合物水泥防水涂料。還可將水性聚氨酯乳液改性乳化瀝青，利用對相容劑及其助劑的選擇用量的改變來解決瀝青熱淌冷脆和水性聚氨酯涂料價格較高等問題。

5.結(jié)論

隨著溶劑型聚氨酯涂料在人類和生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用越來越廣泛，有必要采用綠色涂料取代溶劑型涂料。水性聚氨酯涂料具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保、安全等特點(diǎn)，符合時代要求，值得推廣應(yīng)用。綠色涂料的開發(fā)與推廣已成為二十一世紀(jì)涂料發(fā)展的主要方向。

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