關于水性聚氨酯涂料相關問題的研究

成綿江

廣東產品質量監督檢驗研究院

關于水性聚氨酯涂料相關問題的研究

成綿江

廣東產品質量監督檢驗研究院

本文首先對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、應用領域以及改性方法等方面對其進行了詳細論述。

水性聚氨酯涂料；合成；應用；改性

前言

隨著著人們環保意識的逐漸提高，以及各國環保法規對涂料中含有的有機揮發物含量的嚴格控制，使得開發低污染高性能的水性聚氨酯涂料成為熱點。

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為水的高分子化合物溶液，具有不易燃，低氣味，無污染，節約能源和施工方便的優點，逐漸受到人們的關注。水性聚氨酯的軟硬度可通過聚氨酯鏈段結構來調節，具有耐低溫性，良好的柔韌性等優點，使其應用更加廣泛。

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乳化法。外乳化法也稱強制乳化法，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聚體強制乳化，最終形成水性聚氨酯乳液。最早的水性聚氨酯產品主要外乳化法制備，但在反應中乳化劑用量多且反應時間長，獲取的乳液粒徑過大，導致聚氨酯乳液性能差且不穩定，目前工藝中很少使用。內乳化法或自乳化法是通過將親水基團直接導入分子鏈，促使分子部分有著親水性并實現整個分子分散于水中，此方法避免了外乳化法性能差與不穩定等缺點，目前使用廣泛。其中最主要的方法為丙酮法，丙酮法應用范圍廣，產品質量好，粒子大小有著較大的可變范圍，目前絕大多數水性聚氨酯乳液為此法制備。

3　水性聚氨酯涂料的應用

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點，人們將水性聚氨酯引入了防腐蝕涂料行業，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點，具有良好的發展前景。水性聚氨酯 涂料具有保護和裝飾的功能，主要應用于墻面涂料，工業設施等，具有高耐久、抗磨耗、抗沾塵特點，在美化設施的同時，延長了其使用壽命，降低了維修成本。建筑物墻面及工業設施需經常暴露在大氣和雨雪及紫外線環境中，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，作為墻面保護涂料，聚氨酯涂料的耐堿、耐刷洗和耐沾污的特點，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重要的工作，聚氨酯防水涂料具有優越的附著力，并且容易進行修補，防水耐腐蝕等性能均高于傳統涂料，相較于其他材料，水性聚氨酯的機械性較好，有著極高的粘著性。因此被廣泛的運用在建筑防水層。經過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，粘附性和機械性能顯著改進，能夠滿足現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，用來制備防水透氣的功能性濕織物。相比之傳統的涂層劑，水性聚氨酯涂層劑所作織物具有柔韌性強、耐磨損性強等特點，并且綠色無污染，富有彈性。建筑防水涂料在使用時，水性聚氨酯 涂料形成致密均勻的涂膜，能夠有效防止滲漏，被廣泛用于屋頂和地下管道工程等場合。

3.3抗沖擊涂料

抗沖擊涂料可直接應用于水泥基地面，隨著工業生產要求的提高，水性聚氨酯 涂料被應用于工業生產有著嚴格的要求的場合，如低VOC，耐磨損，維修方便等。水性聚氨酯 涂料因其優異的性能，可用于衛生間和車庫等地面的防水及裝飾； 它與水泥地面具有良好的粘結，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，適用于會議室和高檔地板裝修等場合。唐進偉等合成了一種水性濕固化聚氨酯樹脂，該樹脂是經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，又具有較好穩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

如今有機材料已經被廣泛的用于建筑物中，有機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件的表層上，以此提高有機材料的耐火能力。通過加入鹵素、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境中，抑制建筑物表面的霉菌生長，同時具有裝飾的作用。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發生質變，不僅失去了其綠色環保的性能，還會對環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，保護涂料的性能不受影響。制備防霉殺菌的涂料時，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，既可以達到制備防霉殺菌涂料的效果，并且制備方式又簡單易行，常用的防霉殺菌劑為銀、納米TiO2和納米ZnO 等無機抗菌劑。第二種方法是化學方法，將有抗菌基團的有機高分子化合物將抗菌基團以共價鍵的形式結合在不溶性載體上，制備過程復雜，成本較高。

4　水性聚氨酯涂料改性方法

4.1環氧樹脂改性

環氧樹脂具有環氧基和羥基的官能團可參與合成反應，同時具有高彈性模量，高強度，耐熱性，耐化學性等優點，能夠提高剛度和耐腐蝕能力。應用環氧樹脂共混改性時，水性聚氨酯 和環氧樹脂之間并沒有形成化學鍵，主要依靠水性聚氨酯 分子的包覆作用和羧基的穩定作用，隨著環氧樹脂的量劇增，其穩定作用越來越小。化學共聚改性水性聚氨酯，環氧樹脂直接參與合成水性聚氨酯涂料，通過化學共聚法能夠得到性能更優異的水性聚氨酯涂料。

4.2有機硅改性

有機硅化合物結構中含有元素硅，屬于半有機、半無機結構的高分子化合物，因而具有良好的耐水性、耐候性、透氣性及低表面能等優點，有機硅改性水性聚氨酯的類型主要有四種類型： 第一種類型為有機硅氧烷改性； 第二種類型為有機硅氧烷-環氧樹脂復合改性；第三種類型為有機硅氧烷-丙烯酸酯復合改性； 第四種類型為無機硅納米材料改性。

4.3納米材料改性

納米材料因其自身的量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和表面效應，在對水性聚氨酯 進行改性時，可以顯著改善水性聚氨酯 的耐熱性和力學性能，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　結束語

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，機械性能強，涂膜附著力好等優點與水性涂料的低揮發性有機化合物含量相結合，降低了對環境的危害，在未來將得到更好的應用。

［1］于艷，焦鋒剛.改性水性聚氨酯涂料的研究進展［J］.商洛學院學報，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用及研究進展［J］.聚氨酯工業，2015，02:6-10.