聚氨酯地坪涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

廖玲玲

（廣州西卡建筑材料有限公司，廣東 廣州 510530）

地坪涂料是涂裝于水泥砂漿、混凝土、石材或者鋼板等地面，能夠?qū)Φ孛嫫鸬窖b飾、保護(hù)或者某些特殊功能的建筑涂料。相比于目前家庭住宅裝修偏重選擇木地板、耐磨地磚花崗巖和地毯等裝飾材料，地坪涂料因?yàn)榫哂懈玫募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)效益以及種類多、維修方便和功能性強(qiáng)等特點(diǎn)，有著更為廣泛的應(yīng)用和使用范圍。

地坪涂料按成膜物質(zhì)分類可分為：環(huán)氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、甲基丙烯酸甲酯地坪涂料、聚脲地坪涂料和其他地坪涂料，其組成、特征和用途如圖1 所示[1-3]。

1 聚氨酯地坪涂料組成及其特性

聚氨酯涂料是以聚氨酯樹脂為基料，加顏料、填料及其他助劑材料等組成。聚氨酯樹脂是由異氰酸酯基和含活潑氫原子化合物之間的加成反應(yīng)合成的，使得聚氨酯涂料的樹脂與其他樹脂（如聚酯、聚醚等）不同。和聚酯聚醚相比，聚氨酯涂料中，除了羥基、醚鍵外，還含有大量的氨酯鍵，甚至許多酯鍵、醚鍵、脲鍵、脲基甲酸酯鍵、異氰尿酸酯鍵、油脂的不飽和雙鍵，以及丙烯酸酯成分等，且在大分子鏈中還存在氫鍵，使得聚氨酯涂料具有更多優(yōu)點(diǎn)：

①合成時(shí)大分子的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和使用時(shí)的配方均可調(diào)整，以獲得所需涂膜的性能。

②聚氨酯涂料耐腐蝕性優(yōu)良，能耐酸、堿、油及化學(xué)藥品，使其可用于油田鉆探、船舶上做防護(hù)地坪涂料。

③聚氨酯涂料耐磨性好，粘結(jié)性高，能耐低溫至-40℃。

圖1 地坪涂料的分類與種類

④聚氨酯涂料可施工溫度廣，可在室溫或0℃下固化，適宜于各種場所。

⑤聚氨酯涂料的保護(hù)性和裝飾性優(yōu)越，附著力高，對基面不挑剔。

⑥聚氨酯與其他樹脂的互溶性好，易于制備成性能不同的涂料，開發(fā)了多樣性的聚氨酯地坪涂料。

聚氨酯涂料的上述優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國防、基建、化工防腐、車輛、船舶、飛機(jī)、木器、電子絕緣等行業(yè)。

2 聚氨酯地坪涂料分類

聚氨酯涂料的類型和品種繁多，分類方式多種。按使用方式不同有單組分、雙組分和三組分等；按涂料功能特性的不同有耐磨地坪涂料、彈性地坪涂料、電功能地坪涂料等；按涂料在涂層結(jié)構(gòu)種的作用有封閉底涂料、中層涂料和面涂料以及水性聚氨酯水泥混合砂漿等；按照分散介質(zhì)或形態(tài)分為溶劑型、無溶劑（少溶劑）型、水分散型和粉末涂料等。

為了敘述方便，本文將聚氨酯地坪涂料按照分散介質(zhì)不同的4 大類：溶劑型、無溶劑（少溶劑）型、水分散型和粉末型涂料等

2.1 溶劑型聚氨酯地坪涂料

溶劑型聚氨酯的品種很多，按使用形式可分為其中單組份和雙組分兩種類型，其涵蓋了早期的各類產(chǎn)品，如彈性型、防滑型、艙室地坪涂料等，是發(fā)展最早、技術(shù)成熟的一類產(chǎn)品。

單組分聚氨酯涂料是由含羥基化合物與過量的多異氰酸酯反應(yīng)生成的預(yù)聚物、溶劑、顏料、除水劑、助劑組成。由于單組份聚氨酯涂料含有活潑性端基-NCO，其暴露在空氣中，能與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)生成脲鍵而固化成膜[2-3]，反應(yīng)機(jī)理可分為兩個階段:首先水與反應(yīng)生成不穩(wěn)定的氨基甲酸，隨即分解為胺和二氧化碳;二氧化碳從涂膜中揮發(fā)，而胺繼續(xù)與剩余的-NCO 反應(yīng)生成脲，其具體反應(yīng)過程如反應(yīng)式圖2。

圖2 單組分聚氨酯固化機(jī)理

雙組分溶劑型聚氨酯涂料具有極佳的性能，這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：可室溫固化成膜，產(chǎn)品的耐磨性、柔韌性；硬度、強(qiáng)度等機(jī)械性能好；光澤高；耐水性、耐溶劑性好。因此，溶劑型雙組分聚氨酯漆被廣泛用于汽車、機(jī)械、建筑、木器等行業(yè)。

黃佩堅(jiān)等[4]分別篩選了著色劑、填料、溶劑、擴(kuò)鏈劑、潛固化劑，并研究不同比例混合溶劑的辦法，開發(fā)了一種彩色單組份聚氨酯地坪涂料以達(dá)到既滿足性能又經(jīng)濟(jì)合理的目的。

但由于涂料（包括固化劑組分）中含有甲苯、二甲苯等含有毒成分的芳烴為主要溶劑，其在生產(chǎn)和施工成膜的過程中，有機(jī)溶劑會排入大氣，污染環(huán)境。因而在一定程度上影響了這類涂料的發(fā)展[5]，是應(yīng)用受限制的涂料品種。溶劑型聚氨酯地坪涂料在實(shí)際施工中還存在許多難以克服的弊病，特別是環(huán)境溫濕度和地面基層的濕度還會引起涂層起泡、鼓包、脫落等情況的發(fā)生。

2.2 無溶劑型聚氨酯涂料

無溶劑環(huán)保型聚氨酯涂料（包括固化劑組分）中含有的溶劑或者VOC 很少，環(huán)保性能較好。為了提高環(huán)保性能，避免使用高毒性原料，如常使用二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）替代甲苯二異氰酸酯（TDI），是聚氨酯地坪涂料發(fā)展的方向。

從2015 年2 月1 日起我國將電池、涂料列入消費(fèi)稅增收范圍，規(guī)定要求涂料施工狀態(tài)下?lián)]發(fā)性有機(jī)物（VOC）超過420g/L(含)的涂料征收4%的消費(fèi)稅。這也促進(jìn)了相關(guān)的傳統(tǒng)溶劑型工業(yè)涂料的企業(yè)努力向水性化、粉末型及光固化類型等環(huán)境友好型涂料轉(zhuǎn)化。

李延軍[6]研制了雙組分無溶劑聚氨酯地坪涂料能達(dá)到GB 18581-2001 的相關(guān)規(guī)定要求。該無溶劑聚氨酯地坪涂料的理化性能優(yōu)異，通過在聚氨酯涂料中加入一定的顏填料，篩選合適的助劑增加了涂膜強(qiáng)度、硬度及耐磨性，使得地坪涂料涂膜飽滿，色彩鮮艷提高裝飾效果，并且降低涂膜收縮率。

2.3 水性聚氨酯地坪涂料

水性聚氨酯地坪涂料包括單組分和雙組分兩類產(chǎn)品。其中單組分水性聚氨酯涂料是研究最多的，因?yàn)閱谓M分的聚氨酯涂料具有很高的斷裂伸長率和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，并能常溫物理干燥，所以目前國際上使用 水性聚氨酯涂料仍然是以單組分為主。但是與水性型雙組分聚氨酯涂料相比，單組分水性聚氨酯地坪的耐化學(xué)品性、耐水性與耐化學(xué)品性的表現(xiàn)并不理想。為了使水性聚氨酯地坪涂料的性能接近溶劑型涂料，雙組分水性聚氨酯地坪涂料的研究和開發(fā)非常關(guān)鍵。

雙組分水性聚氨酯涂料的成膜機(jī)理與溶劑型聚氨酯涂料的成膜機(jī)理完全不同包含了物理成膜和化學(xué)成膜這兩個過程。物理成膜指的是在成膜前階段的水分的揮發(fā)，化學(xué)成膜的過程指的是固化劑和預(yù)聚體多元醇之間進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)之后形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而這個過程則發(fā)生在涂膜的大部分水分蒸發(fā)以后的。

水性雙組分聚氨酯地坪涂料由含羥基水性多元醇、水性多異氰酸酯固化劑及一些助劑（如成膜助劑、增稠劑、潤濕流平劑及顏填料等）組成。水性雙組分聚氨酯涂料因其對環(huán)境友好，又兼具溶劑型聚氨酯的高性能，因此水性雙組分聚氨酯地坪涂料具有非常大的應(yīng)用前景。

蘭光友等[7]介紹了戶外籃球場水性化地坪涂裝的新技術(shù)工藝，通過篩選水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧固化劑、石英砂的用量，制備面層耐磨型水性聚氨酯地坪漆，并制定了新的涂裝工藝技術(shù)。完美顯示了涂裝工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，使其面層不出現(xiàn)裂縫、空鼓、掉砂等質(zhì)量問題，清洗方便，色彩豐富，耐磨、保光保色性好。

2.4 粉末型聚氨酯地坪涂料

粉末聚氨酯地坪涂料是一種新型的環(huán)境友好型涂料，它具有封閉型和光固化型粉末涂料兩種。聚氨酯粉末涂料主要指羥基端基的聚酯和各種封閉性多異氰酸酯為成膜組分的粉末涂料。和其他類型粉末涂料相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）流動性高，因封閉劑需要在高溫下解封，所以未解封之前不與其他物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，使得粉末涂料有足夠的施工時(shí)間，涂膜流平性好。2）對基面的附著力好，不需要底涂，且涂膜光澤度高；3）涂膜的機(jī)械物理性能和耐化學(xué)品性十分優(yōu)越，使用與室內(nèi)外的裝飾性薄層涂料。

目前，我國的粉末聚氨酯涂料工業(yè)化產(chǎn)品較少。國外，Bayer 公司研制了靜電噴涂粉末涂料的固化劑Crelan，該系列封閉型脂環(huán)族多異氰酸酯固化劑，是己內(nèi)酰胺封閉的IPDI 或HMDI 預(yù)聚體。與羥基聚酯配合可獲得畫外光澤保持率和耐粉化、耐腐蝕的防護(hù)性能。日本三井化學(xué)株式會社的粉末涂料用封閉性MDI 預(yù)聚體產(chǎn)品Takenate PW-2400 是一種白色粉末，熔點(diǎn)170~190℃，封閉NCO 含量為17.2%。烘烤溫度180℃，它還可用作許多聚合物的改性劑。

3 結(jié)語

聚氨酯涂料在整個地坪涂料市場的用量占比只有約25%，但由于聚氨酯涂料具有高彈性、防靜電、防滑耐磨、防腐蝕性、裝飾性良好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品加工廠、超市購物中心、醫(yī)院手術(shù)室、藥廠、屠宰場等有特殊要求的場所。隨著聚氨酯涂料地坪涂料的開發(fā)和研究，未來聚氨酯涂料的用量和品種都將得到發(fā)展。