水性聚氨酯在涂料领域中的应用

赵曦

（合肥市科天化工有限公司 安徽合肥 230601）

聚氨酯是一类高分子化合物，由于其分子结构中含有硬链段和软链段，结构决定了具有硬度高、耐磨性强、耐腐蚀等优良属性，因此被誉为性能最好的树脂，在涂料领域也得到了广泛的利用。但是利用传统方法制备聚氨酯涂料的过程中，需要添加大量的有机溶剂，有些有机溶剂的添加会造成对人们皮肤、呼吸道的强烈刺激，长期接触会对人体产生不可逆的伤害。因此，在国家和群众日益关注绿色、环保的今天，人们更倾向于使用对环境和人体伤害较低的化合物制备涂料，而以水作为分散介质的水性聚氨酯，较少的使用有机溶剂，具有无污染、不易燃烧、成本低廉的特质，因此受到了人们广泛的关注与推崇。下面主要介绍水性聚氨酯在涂料领域的应用情况。

一、常见的功能性水性聚氨酯涂料

1、防腐性涂料

腐蚀是指材料与周围各种介质发生反应后导致失去其原有性能的现象，腐蚀造成的损失是巨大的，因此世界各国都在积极的寻找解决方案，针对最常见的金属腐蚀，人们常用的方法是在金属表面涂防腐涂料。涂防腐涂料以防腐蚀的方法具有成本低、施工方便、易于配合其他防腐措施的优点。传统的防腐涂料领域不接受水性涂料，但是随着科学的进步，水性涂料制备手段愈发进步，已经有很多的金属防腐涂料研制成功并投入使用，水性聚氨酯涂料便是其中应用作为广泛的一种。

为了弥补传统防腐材料低温下不能凝固的致命缺点，人们将水性聚氨酯引入了防腐蚀涂料行业，单分子聚氨酯具有耐酸碱、耐磨损、低温能够固化等一系列的优点，具有良好的发展前景。但是水性聚氨酯由水作分散剂分散后，这些优点均有所退化，因此常将其改性以达到防腐蚀效果。

表1 水性聚氨酯防腐蚀涂料参考配方

2.防水性涂料

防水是人们的生活中一项重要的工作，传统的防水涂料多为焦油、沥青型，但其耐磨损、耐腐蚀性差，聚氨酯防水涂料具有优越的附着力，并且容易进行修补，防水耐腐蚀等性能均高于传统涂料，因此被广泛的运用在建筑防水层。水性聚氨酯防水涂料较之溶剂型防水涂料，虽在性能上不及溶剂型防水涂料，但是其无污染、无恶臭、不易燃烧等特质依旧博得人们的喜爱。而且相较于其他材料，水性聚氨酯的机械性较好，有着极高的粘着性。在制备防水性聚氨酯涂料的过程中，使水性聚氨酯与其他的树脂相结合，可以极大程度的提高涂料的防水性。

在水性聚氨酯加入环氧树脂等高分子材料，可以改善其耐水性能。改性水性聚氨酯涂料由于其耐水性能十分良好并且施工简单易行，被广泛的运用在屋顶、桥梁、建筑等的防水工程。除此之外，水性聚氨酯还被用作涂层剂，用来制备防水透气的功能性湿织物。相比之传统的涂层剂，水性聚氨酯涂层剂所作织物具有柔韧性强、耐磨损性强等特点，并且绿色无污染，富有弹性。虽然水性聚氨酯织物的优点较多，但是也存在着一些缺陷，比如织物不易干，固化时间过长等，这些问题还有待解决。

3.防霉杀菌性涂料

水性聚氨酯被用作制备防霉杀菌性的涂料，但是由于其本身含有助剂等的限制，使其非常容易遭受微生物的感染，受到感染后的涂料会发生质变，不仅失去了其绿色环保的性能，还会对环境以及人体造成巨大的危害。因此，经过专家研究，在水性聚氨酯中引入适当剂量的杀菌剂可以有效地抑制微生物的入侵，保护涂料的性能不受影响。

制备防霉杀菌的涂料时，有两种方式可以选择，一种是物理方法，直接将杀菌剂加入到水性聚氨酯涂料中，既可以达到制备防霉杀菌涂料的效果，制备方式又简单易行,常用的防霉杀菌剂为纳米Z n O 等无机抗菌剂。第二种方法是化学方法，将有抗菌基团的有机高分子化合物将抗菌基团以共价键的形式结合在不溶性载体上，但是此种方法成本较高，因此不容易得到普及。

4.阻燃涂料

阻燃材料按照燃烧特征分类，主要包括两类，分别是膨胀性阻燃性涂料和非膨胀性阻燃性涂料，都会通过将阻燃剂加入到普通涂料中制备。膨胀性阻燃材料的作用效果是使燃烧物在其作用下发生膨胀后脱水，形成炭质层产生绝热效果，组织可燃物再次燃烧；非膨胀性阻燃涂料的作用效果为，涂料本身不易燃烧并且在燃烧的过程中会产生灭火的物质，隔绝空气达到组织燃烧的效果。由于目前的时代背景，专家们致力于研发水性膨胀型阻燃涂料，因为其绿色高效，是环境友好型材料。为了提升涂料的抗燃能力，可向水性阻燃涂料中引入防火添加剂，在实际制备阻燃涂料的过程中，也可根据实际情况加入多种添加剂配合使用，以达理想效果。

5.抗涂鸦涂料

在文化自由、行为自由的今日，城市中存在着很多或为艺术或是恶意的涂鸦行为，这些涂鸦有时不仅影响城市容貌，也给清理人员造成了巨大的难题，因此，人们致力于开发出一种抗涂鸦涂料。传统的抗涂鸦涂料多为溶剂型聚氨酯涂料，因此难以满足现在对于有害气体排放量的限制，开发新型聚氨酯涂料也就成为抗涂鸦材料发展的必然方向。制备抗涂鸦涂料的原理为通过改变建筑物表面的化学性质，提高密度性，使涂鸦颜料难以进入。

对于提高水性聚氨酯涂料的密度，需要利用有机硅等材料。抗涂鸦性涂料的密度不高是导致涂鸦颜料易于进入墙体表面的主要原因，因此，提升水性聚氨酯的密度对于提升涂料抗涂鸦性能具有重大意义。与水性聚氨酯涂料的密度密切相关的因素是涂料的颜料体积浓度，当涂料的颜料体积浓度高于最低标准时，会使涂料的耐脏性迅速降低，因此，要严格控制颜料体积浓度指标。

二、水性聚氨酯材料应用中的问题以及解决方式

水性聚氨酯涂料因其绿色环保、性能优越受到了人们的广泛关注，如今水性聚氨酯制备技术已经趋于成熟，在各个领域都得到了广泛应用，取得了良好的成果。但是功能性水性聚氨酯的制备过程中存在着很多的难题，想要使水性聚氨酯涂料完全取代溶剂型聚氨酯涂料，还需要进一步进行完善。以下提出三个方面的建议以供参考：

1.探索新型改性材料。

由于水性聚氨酯涂料的防水性能、刚性、以及抗腐蚀性相较于传统的溶剂型聚氨酯涂料都有很大的差距，因此要通过不停的研发与探索，找到能够提升水性聚氨酯防水等性能的添加材料。

2.开发新型添加剂。

水性聚氨酯本身并没有那么优良的性能，很多的功能性水性聚氨酯涂料是通过引入添加剂制备而成的。因此，只有将更多的精力放在开发新型添加剂上，才能制备出理想型水性聚氨酯涂料,满足人们对涂料的功能性需求。

3.加强对涂料成膜机理的研究。

由于功能性水性聚氨酯涂料中加入了多种添加剂，因此其成膜原理较之溶剂型聚氨酯涂料复杂，因此需要人们不断的研究与完善。

三、结束语

本文主要介绍几种常见的水性聚氨酯涂料，例如：防水性水性聚氨酯材料、抗涂鸦性水性聚氨酯涂料等，并根据水性聚氨酯在涂料领域的应用提出发展中的问题以及解决办法。目前,水性聚氨酯的发展还属于起步阶段，世界各国都在积极研究功能性水性聚氨酯涂料的性能以及发展方向,在不断地研究与开发后，水性聚氨酯材料的良好性能将得到广泛的应用，为人们的生活提供更多的便利。

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