水性聚氨酯的新型環保應用突破傳統常規應用的束縛

    隨著人們環保意識的加強和各國環保法律法規對揮發性有機化合物(VOC)排放量的限制,水性聚氨酯的研究與開發日益受到重視。水性聚氨酯涂料,不僅具有無毒無臭味、無污染、不易燃燒、成本低、不易損傷被涂飾表面、施工方便、易于清理等優點,因而在木器涂料、汽車涂料、建筑涂料、塑料涂料、紙張涂層以及織物和皮革涂飾等許多領域得到了廣泛的應用。再根據這幾年對水性聚氨酯的改性和添加助劑。得到了充分的發展空間及應用，可分為防水涂料，防腐蝕涂料，陰燃涂料，防霉殺菌涂料等。下面我們來談談現代環保型水性聚氨酯和傳統常規水性聚氨酯的應用范圍。

傳統常規水性聚氨酯的應用范圍：

• 水性聚氨酯木器涂料

    木器漆一般要求美觀并有良好的耐磨性、耐沾污性，并要在硬度、耐熱、耐磨、耐水等方面達到比較高的水平，水性聚氨酯具有廣闊的發展前景。采用水性聚氨酯分散體和丙烯酸乳液復配制備水性木器涂料，性能測試結果表明，研制的水性聚氨酯丙烯酸復合木器涂料具有干燥速度快，硬度高和耐水性好等優點。在丙烯酸聚氨酯水性樹脂乳液的研制過程中，引入環氧基團和相應活性成分進行改進，用此水性樹脂乳液制成的水性木器漆，在成膜過程中隨著乳膠粒子相互擠壓，核中聚合物的活性基團與核外的活性成分接觸，發生化學交聯反應，形成一定的網絡結構，因此其硬度、耐水、耐熱等主要性能指標有很大的提高，達到家具漆和地板漆的使用要求。

• 水性聚氨酯汽車涂料

    汽車涂料品種繁多，隨著汽車工業的飛速發展，對汽車涂裝的要求越來越高，從環保的角度考慮，水性化是汽車涂料的發展趨勢，汽車表面的底漆、中涂漆、色漆、罩光漆以及修補漆均可采用水性聚氨酯。目前使用的水性聚氨酯汽車涂料主要是雙組分型的。2005年，第一輛使用巴斯夫水性涂料的別克凱悅汽車在位于上海的通用汽車生產線下線，標志著中國汽車發展史上首次成功采用水性涂料技術，將水性涂料技術首次成功地引入中國汽車。用聚丙烯酸酯多元醇分散體作為一組分，親水性多異氰酸酯作為另一組分，得到水性雙組分汽車修補涂料，該乳液在60℃干燥30min成膜，并在室溫下干燥幾天后形成交聯結構，得到的涂膜具有很好的耐溶劑、耐化學品、耐候及機械性能。 

• 水性聚氨酯建筑涂料

    建筑涂料要求耐光性、耐候性等一些性能，利用聚氨酯分散體涂料通過組分調整可使其綜合性能完全滿足要求。聚氨酯分散體涂料因為有著優良的耐水、耐久和耐候性，對建筑物的外部裝飾有著突出的優點，作為高檔次的建筑涂料在經濟發達的美國、歐洲各國大量使用。高性能水性聚氨酯外墻涂料采用接枝聚合法獲得的聚氨酯—丙烯酸具有優越的力學和綜合性能，其強度高、薄膜韌性強并具有耐磨、耐刻劃、防水、防油、耐腐蝕和優異的高低溫性、不易沾污、容易清洗和高裝飾性等優點。

• 水性聚氨酯織物涂料

    水性聚氨酯用做織物涂層具有成膜性能好，遮蓋力強，粘結牢固，涂層光亮、平滑、耐水、耐曲折、易于清潔保養、產品革手感豐滿、舒適，環境效益好等特點，深受國內外紡織服裝業高度重視。將干性植物油與二乙醇胺發生胺解反應得到的中間體合成水性聚氨酯樹脂，該樹脂用作主成膜物與水復合溶劑及優質的顏料（染料）、填料和助劑復配，得到可用于絲網印染的常溫交聯型水性聚氨酯涂料，用此法合成的常溫交聯水性聚氨酯樹脂可滿足水性絲網印染涂料的制造工藝要求，適合織物絲網印染作業，質量佳，該水性涂料色彩鮮艷、手感良好，無毒安全，是一種優良的環境友好型絲網印染涂料。

• 水性聚氨酯塑料涂料

    目前，市場上用于顏料制品的水性涂料品種和水性木器涂料類似，主要使用水溶性涂料和乳膠涂料，按樹脂分類主要有水性丙烯酸，水性單組分聚氨酯，水性雙組分聚氨酯等。此外還包括水性光固化類型，這些品種主要應用于ABS、PS、PC/ABS、PVC等極性塑料表面。

新型環保水性聚氨酯的應用范圍：

• 防水水性聚氨酯涂料

    水性聚氨酯防水涂料是繼煤焦油型、瀝青型和彩色型防水涂料之后出現的一種新型防水涂料,由于其具有優異的彈性、耐久性、附著力、耐磨損性、耐藥品性、防水層輕、無接縫及容易修補等特點,而被廣泛用作外防水層。水性聚氨酯防水涂料以水作為分散介質,是一種綠色環保的防水涂料,雖然其在性能方面與溶劑型聚氨酯防水涂料存在較大差距,但是水性聚氨酯涂料的無毒、無臭味、無污染空氣和水源、不易燃、操作方便、易于清理等優點引起了廣大研究者的青睞。而且與其他種類的水性涂料相比,水性聚氨酯涂料成膜后機械性能好,對水泥地面、混凝土、陶瓷、鋼鐵、石棉等都有較好的粘接性,成膜性好。 

• 防腐蝕水性聚氨酯涂料

    涂料的防腐蝕作用主要有覆蓋作用、鈍化緩蝕作用和電化學作用,涂覆在金屬表面的涂層能夠避免金屬與腐蝕介質直接接觸,從而達到防腐蝕的效果。防腐蝕水性聚氨酯多為單組分聚氨酯,它可低溫固化,并且具有突出的耐酸堿性、耐油、耐鹽水、耐磨、抗沖擊、抗應變等性能,是一類具有優異的綜合性能和良好發展前景的防腐樹脂涂料基料。但是水性聚氨酯由于以水為分散劑,其涂膜的耐水、耐化學性和耐溶劑性較差,若要達到防腐蝕的性能,需要加以改性,常用的改性材料為環氧樹脂和丙烯酸樹脂。環氧樹脂除了含有環氧基團外,還含有羥基基團,能直接參與水性聚氨酯的合成反應;丙烯酸酯含有羥基基團,以共聚或共混的方式對水性聚氨酯進行改性。環氧改性水性聚氨酯涂料具有許多優異的性能,涂膜不僅附著力強,而且具有極好的耐油、耐酸、耐堿、耐鹽水、耐水、耐溶劑性;丙烯酸改性水性聚氨酯涂料是一類兼具水性丙酸涂料和水性聚氨酯涂料優點的新型涂料,具有優異的耐候性,自增稠性好、固含量高。防腐蝕涂料過去一直將水性涂料排除在外,但隨著水性涂料技術的發展,世界上已有許多成功的金屬防腐水性涂料體系,如水性聚氨酯涂料、水性環氧涂料、水性丙烯酸涂料等。

• 阻燃水性聚氨酯涂料

    阻燃涂料是通過將阻燃劑加入到涂料中制得的,按照燃燒特性,可將阻燃涂料分為膨脹型阻燃涂料和非膨脹型阻燃涂料。非膨脹型阻燃涂料涂層自身難燃或不燃,在火焰或高溫下釋放出滅火性氣體,以便沖淡、覆蓋和捕獲因受熱而分解的易燃氣體和空氣中的氧氣,從而隔絕空氣,達到防止或延滯基材著火燃燒,但是隔熱阻燃效果不明顯。膨脹型阻燃涂料在火焰或高溫下,阻燃劑催化可燃物發生膨脹、炭化以及脫水作用,形成均勻致密的海綿狀或泡沫狀炭質層,炭質層的絕熱性能好,能夠阻礙熱的傳導和隔絕空氣,阻擋外界火源對基材的直接加熱作用,并因涂層組分在發生物理化學變化時吸收大量熱量以及釋放出水、氨等不燃性氣體降低了氧氣濃度,是真正有效的阻燃涂料。

• 防霉殺菌性水性聚氨酯涂料

    水性聚氨酯涂料含有高分子樹脂、顏填料、助劑和水等多種物質,為微生物的生存提供了充足的營養物質條件,因此極易受到微生物的污染。受污染的水性聚氨酯涂料會發生霉變、變質,進而散發不愉快氣味,產生色變,不僅喪失了對基材的保護作用,還對人體健康造成危害。有效的解決方法是在水性涂料中添加適量的防霉殺菌劑,來抑制微生物的生長與繁殖,保護涂料與涂層不受破壞。

結論

　　隨著環境保護、人體健康和對涂料質量要求的不斷提高，高檔水性聚氨酯涂料的發展勢在必行。隨著研究人員的努力，水性聚氨酯產品的技術和性能等已趨向成熟。然而，水性聚氨酯涂料也存在一定的不足，如耐水性、雙組分水性聚氨酯涂料干燥速度慢、體系表面張力大、成本高、價格貴等問題。今后應從以下幾個方面做些工作：

1. 充分利用聚氨酯分子的可設計性，對聚氨酯進行改性，在聚氨酯鏈上接入特殊功能性基團，制備具有更多功能性的涂料，使產品向高科技含量、高質量、多功能性發展。
2. 鑒于雙組分水性聚氨酯涂料性能優異，應加強雙組分聚氨酯涂料的研究。
3. 提高水性聚氨酯涂料的固含量。發展中的水性聚氨酯涂料以其自身優良的性能，正逐漸取代傳統的溶劑型涂料，在木器、金屬防護、建筑、裝飾等領域得到了廣泛的應用，呈現出美好的前景。
4. 隨著新型環保型涂料的推廣，防水、防火、防腐、防霉殺菌等水性聚氨酯涂料研究突破。再加上市場的需求，產品的應用效果，國家的環保理念政策。促使了傳統常規聚氨酯到新型環保水性聚氨酯的轉型。所以新型環保聚氨酯的前景非?？捎^。

    三升化工資訊         作者：小張            日期：2012年8月8號