聚氨酯地坪材料概述及其發(fā)展趨勢

李萍 劉建釗 吳佳俐 賈艷征 劉鵬程 李佳珊

（中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024）

1 聚氨酯地坪材料

聚氨酯地坪是一種以聚氨酯樹脂為主要成膜物，再配以顏料、溶劑、催化劑以及其他輔助材料[1]，經現(xiàn)場鋪裝而成的一種彩色、整體無縫的地坪材料。

1.1 發(fā)展歷程

聚氨酯地坪的起源可以追溯至上世紀中期。英國的帝國化工公司首先研發(fā)出了聚氨酯地坪材料。這之后，以聚氨酯樹脂為基料的地坪材料在歐美得到迅速發(fā)展。

我國聚氨酯地坪的發(fā)展相對歐美市場較為落后。聚氨酯地坪于上世紀90年代開始進入中國市場。經過近二十年的發(fā)展，聚氨酯地坪材料現(xiàn)已廣泛應用于食品廠、飲料廠、化工廠、體育場館和場地等眾多領域。但是目前，聚氨酯地坪在我國地坪行業(yè)中占比依然相對較小，但隨著市場需求的多樣性轉變及技術的發(fā)展，聚氨酯地坪未來發(fā)展空間很大。

1.2 聚氨酯地坪的分類

按照分散介質的不同，通常將聚氨酯地坪分為溶劑型聚氨酯地坪、無溶劑型聚氨酯地坪、水性聚氨酯地坪。

按照地坪的用途可將聚氨酯地坪分為底漆、中涂和面涂。

按照成膜物質的化學結構不同可以分為芳香族聚氨酯地坪和脂肪族聚氨酯地坪。

聚氨酯地坪按照產品供應形式的不同可以分為單組份聚氨酯地坪、雙組份聚氨酯地坪以及多組分聚氨酯地坪。

1.3 聚氨酯地坪的特點

1.3.1 優(yōu)點

1）具有良好的物理性能，如優(yōu)異的柔韌性，耐磨且耐沖擊。

2）整體無縫，有良好的裝飾作用，且易清潔。

3）具有優(yōu)良的耐久性及低溫穩(wěn)定性，適用于多種環(huán)境，廣泛地應用在多種室內、室外場地，不受溫差影響。

4）其自身結構具有可調節(jié)性，可以根據(jù)用戶需求，制作成具有不同特殊功能的地坪。

5）固化過程反應速度快，施工效率高，易修補、易翻新。

1.3.2 缺點

1）聚氨酯材料的表面張力大，基材有污染物時，涂膜易產生縮孔，因此，聚氨酯地坪在施工過程中對基材表面的清潔程度要求很高。

2）聚氨酯地坪材料分散穩(wěn)定性不佳，因此，若分散過程控制不當，易使涂膜產生麻點，影響漆膜質量。

3）造價高，且核心生產技術僅少數(shù)企業(yè)可以掌握，因此，致使聚氨酯地坪材料的應用在一定程度上受到了限制。

2 聚氨酯地坪發(fā)展趨勢

2.1 環(huán)保型聚氨酯地坪受到青睞

隨著科技的發(fā)展以及人們環(huán)保意識的增強，地坪材料與其他涂料品種一樣，均有向水性化、高固體分化等綠色環(huán)保方向發(fā)展的趨勢[2]。而地坪材料相關國家標準及行業(yè)標準中對有害物質限量做出的日益嚴格的規(guī)定，在規(guī)范地坪材料市場的同時，也推動了綠色環(huán)保型地坪材料的發(fā)展。具體做法包括使用低污染的樹脂基料、材料水性化、高固體份化等。

2.1.1 使用低毒性聚氨酯樹脂

聚氨酯樹脂生產技術的發(fā)展為聚氨酯地坪材料的推廣奠定了堅實的基礎。聚氨酯地坪材料在應用初期，常使用高毒性的甲苯二異氰酸酯（TDI）作為固化劑組份，致使產品的生產及使用過程都存在很大的環(huán)境污染問題。而近年來，相對低毒性的二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）的量產解決了這一問題。國內的研發(fā)工作者們已經研發(fā)出了以MDI代替TDI來制備聚氨酯地坪固化劑的方法[6]。這一技術在無溶劑聚氨酯地坪材料中的應用，使得聚氨酯地坪材料的環(huán)保性能得到了進一步發(fā)展。

2.1.2 水性聚氨酯地坪應用廣泛

1）水性聚氨酯砂漿地坪系統(tǒng)

水性聚氨酯砂漿地坪是一種多組份（三組份或四組份）的復合地坪材料，其復合物同時具備有機高分子和無機混凝土材料的所有優(yōu)點，如優(yōu)良的抗化學腐蝕性能、抗重沖擊和熱沖擊性能等。

聚氨酯砂漿地坪系統(tǒng)自20世紀70年代誕生應用至今，全球范圍內大量的工程案例均可作為其優(yōu)異性能的充分證據(jù)。其中，尤以巴斯夫、西卡等生產的水性聚氨酯砂漿最具代表性。由于聚氨酯砂漿地坪材料具有超高的物理機械性能，如高抗壓強度、良好的柔韌性、抗裂性、耐磨、耐腐蝕、耐高低溫及耐基層潮濕等性能，因此，特別適用于很多極端工業(yè)環(huán)境中，如食品衛(wèi)生、化學品腐蝕、高溫濕熱、低溫冷凍、重荷載強沖擊等環(huán)境中。

2）水性聚氨酯地坪

水性聚氨酯地坪材料，因其低VOC含量的特點正在被逐漸認識并使用。水性聚氨酯地坪涂料通常有單組份和雙組份兩種。而單組份水性聚氨酯地坪涂料因其相對分子質量較低，交聯(lián)度不高，因此漆膜耐溶劑和化學品性能不佳，涂膜硬度及表面光澤度也相對較低。而近來的研究發(fā)現(xiàn)，通過交聯(lián)、復合改性等方法，可以在一定程度上提高單組份聚氨酯地坪涂料涂膜的物理性能[3]。

上述兩種水性聚氨酯地坪材料除了自身優(yōu)異的物理性能外，其突出的環(huán)保性能更是推動其逐漸被廣泛應用的主要動力。對于水性聚氨酯地坪材料的環(huán)保性能，2016年1月1日開始正式實施的建材行業(yè)標準JC/T2327-2015《水性聚氨酯地坪》中進行了明確規(guī)定，詳見表1。本標準中對于揮發(fā)性有機化合物的限量值的要求相較于GB/T22374-2008中的水性地坪限量值更為嚴格。

表1 室內用水性聚氨酯地坪有害物質限量

2.1.3 硅PU運動地坪

硅PU運動地坪是一種專業(yè)運行型地坪。這種材料通常以單組份有機硅改性聚氨酯（PU）材料作為彈性主體，表面再施涂一層改性丙烯酸面層材料[4]，以提高表面的耐磨性及耐候性。

硅PU是一種環(huán)保型專業(yè)彈性運動場地材料。這種地坪材料通常采用彈性層和加強層復合施工的雙層結構，且組成成分均為單組份有機硅改性聚氨酯，其固化機理為：-NCO基團與環(huán)境中的水分發(fā)生反應，生成脲鍵從而固化成膜。固化過程中無VOC產物生成，且不會殘留其他有害化學物質[3]。除此之外，原來占據(jù)硅PU地坪面層主要市場的溶劑型聚氨酯涂料也逐漸被水性聚氨酯涂料替代，使硅PU成為了名副其實的綠色環(huán)保材料。

2.1.4 無溶劑聚氨酯地坪

無溶劑地坪的重要優(yōu)勢就是低VOC（揮發(fā)性有機化合物）。對于無溶劑聚氨酯地坪，不僅要求其在生產、施工過程中不添加易揮發(fā)溶劑，還應滿足其全壽命周期的低毒害和低VOC揮發(fā)的要求。而在無溶劑聚氨酯地坪中使用MDI替代TDI[4]就是一個典型例證。與此相呼應的，地坪材料國家標準，GB/T22374《地坪涂裝材料》中，不僅對無溶劑聚氨酯地坪的VOC、游離甲醛、苯類及重金屬含量做出了規(guī)定，還明確提出了游離TDI的限量值。

綜上，隨著研發(fā)及生產技術的不斷提升，在相關政策及標準的持續(xù)引導下，聚氨酯地坪材料的環(huán)保性能必將得到進一步提升。

2.2 聚氨酯地坪多功能化

聚氨酯地坪材料在向綠色環(huán)保的方向發(fā)展的同時，同樣重視使用功能的擴展。無溶劑聚氨酯地坪因其自身結構特點，可通過改變聚氨酯樹脂中柔性鏈段和剛性鏈段的種類、配比來調節(jié)漆膜性能[5]，從而制成具有不同硬度及柔韌性的地坪材料，因此可廣泛應用于運動場所、室內外工商業(yè)場所、工業(yè)防腐及有透水要求的室外等多種場所[6]。

2.2.1 彈性聚氨酯地坪

眾所周知，學校、醫(yī)院、圖書館以及一些辦公區(qū)對地面的降噪功能有著很高的要求。這樣有利于營造舒適安靜的環(huán)境。因此，研究人員制備了一種具有彈性特征，可以降低噪音，同時兼具卓越的裝飾性及優(yōu)良的耐磨、耐污染性的地坪材料。

彈性聚氨酯涂料是由柔性鏈段和剛性鏈段嵌段形成的一種高分子材料，其柔韌性和硬度介于橡膠和塑料之間[7]。這種材料的彈性特質不但具有降噪的功能，還具有緩沖效果，使人在行走過程中有舒適感[6]。

2.2.2 無溶劑聚氨酯艙室地坪涂料

海洋經濟及造船業(yè)的高速發(fā)展，促使船舶用材料不斷更新，新型艙室地面材料就是其中之一。傳統(tǒng)的艙室地面多采用地坪革、橡膠板、環(huán)氧樹脂地坪等鋪設而成，而這些材料普遍存在著接縫多、粘接強度不足、防腐性能差、彈性低、硬度高、環(huán)保性能差和施工工藝復雜等缺陷[8，9]。海軍裝備技術研究所的楊光付等，制備了一種船舶艙室專用地坪[8]。這種無溶劑型聚氨酯地坪涂料除了無接縫、易清潔等常規(guī)整體地坪性能外，還兼具彈性適中、耐磨、防腐蝕、環(huán)境友好等優(yōu)異性能，可滿足海洋氣候和船舶環(huán)境要求，是最具發(fā)展?jié)摿Φ拇摰仄和苛现籟10]。

2.2.3 高透水型無溶劑聚氨酯地坪

室外地坪的發(fā)展首要考慮了其整體無縫，清潔降塵及美觀等因素。而地坪材料自身具有良好的封閉作用，水分難以透過地坪下滲，因此，當遭遇強降雨天氣時，很容易引起城市內澇，影響正常通行的同時，還可能引發(fā)其他衍生危害[11]。而邵洪濤等設計開發(fā)的高透水聚氨酯無溶劑地坪，是利用碎石結構體特有的開放式孔隙，來達到快速透水的目的，此外，這些孔隙結構還兼具儲水功能，使其在滿足地坪常規(guī)使用功能的同時，實現(xiàn)了室外地坪產品的高透水性，為可能發(fā)生的城市內澇[11]提出了一項解決方案。此外，透水地坪還具有非常突出的耐凍融循環(huán)性[6]，這就使其可以在寒冷地區(qū)推廣應用。

除上述幾種功能性聚氨酯地坪材料外，剛性、防靜電型以及超耐磨型等眾多具有其他不同功能的聚氨酯地坪也在不斷擴大并豐富著聚氨酯地坪的應用領域。

3 結語

未來，低毒性聚氨酯樹脂地坪、水性聚氨酯地坪、硅PU地坪、無溶劑聚氨酯地坪等一系列環(huán)保型聚氨酯地坪材料必將更受青睞。同時，豐富的功能性也將成為聚氨酯地坪的又一發(fā)展方向。聚氨酯地坪的突出特點是其結構的可調節(jié)性及其優(yōu)異的韌性[6]。隨著人類活動場所的持續(xù)增加，聚氨酯地坪的功能性也將不斷豐富。此外，其自身良好的彈性、較高的延伸率、固化時間及反應時體積膨脹程度的可調節(jié)性[6]，也會進一步推動聚氨酯地坪在新興領域的應用。