关于水性聚氨酯涂料相关问题的研究

2016-03-16成绵江

环球市场 2016年7期

关键词：环氧树脂水性聚氨酯

成绵江

广东产品质量监督检验研究院

关于水性聚氨酯涂料相关问题的研究

成绵江

广东产品质量监督检验研究院

本文首先对水性聚氨酯涂料的涵义作了概述，然后分别从水性聚氨酯涂料的合成方法、应用领域以及改性方法等方面对其进行了详细论述。

水性聚氨酯涂料；合成；应用；改性

前言

随着着人们环保意识的逐渐提高，以及各国环保法规对涂料中含有的有机挥发物含量的严格控制，使得开发低污染高性能的水性聚氨酯涂料成为热点。

1　水性聚氨酯涂料概述

水性聚氨酯涂料是指以水作为溶剂，溶解或分散的聚氨酯树脂于水中而形成的一种涂料。水性聚氨酯涂料也被称为水基聚氨酯或水性聚氨酯，水性聚氨酯涂料是基本介质为水的高分子化合物溶液，具有不易燃，低气味，无污染，节约能源和施工方便的优点，逐渐受到人们的关注。水性聚氨酯的软硬度可通过聚氨酯链段结构来调节，具有耐低温性，良好的柔韧性等优点，使其应用更加广泛。

2　水性聚氨酯涂料的合成方法

水性聚氨酯制备方法有外乳化法和内乳化法。外乳化法也称强制乳化法，此方法是早期的制作方法，需要在乳化剂、高剪切力的条件下将聚氨酯预聚体强制乳化，最终形成水性聚氨酯乳液。最早的水性聚氨酯产品主要外乳化法制备，但在反应中乳化剂用量多且反应时间长，获取的乳液粒径过大，导致聚氨酯乳液性能差且不稳定，目前工艺中很少使用。内乳化法或自乳化法是通过将亲水基团直接导入分子链，促使分子部分有着亲水性并实现整个分子分散于水中，此方法避免了外乳化法性能差与不稳定等缺点，目前使用广泛。其中最主要的方法为丙酮法，丙酮法应用范围广，产品质量好，粒子大小有着较大的可变范围，目前绝大多数水性聚氨酯乳液为此法制备。

3　水性聚氨酯涂料的应用

3.1防腐涂料

由于水性聚氨酯具有耐酸碱、耐磨损、低温固化等一系列的优点，人们将水性聚氨酯引入了防腐蚀涂料行业，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，具有良好的发展前景。水性聚氨酯涂料具有保护和装饰的功能，主要应用于墙面涂料，工业设施等，具有高耐久、抗磨耗、抗沾尘特点，在美化设施的同时，延长了其使用寿命，降低了维修成本。建筑物墙面及工业设施需经常暴露在大气和雨雪及紫外线环境中，水性聚氨酯涂料的耐候性、隔热性和防水性完全能够满足使用需要，作为墙面保护涂料，聚氨酯涂料的耐碱、耐刷洗和耐沾污的特点，使其可以被直接涂装于水泥材料的基底上，施工方便。

3.2防水涂料

防水是人们的生活中一项重要的工作，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，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。因此被广泛的运用在建筑防水层。经过改性的水性聚氨酯涂料的粒径减小，表面张力下降，聚氨酯涂膜的耐水性，耐热性，粘附性和机械性能显著改进，能够满足现代防水涂料多样化需求。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。建筑防水涂料在使用时，水性聚氨酯涂料形成致密均匀的涂膜，能够有效防止渗漏，被广泛用于屋顶和地下管道工程等场合。

3.3抗冲击涂料

抗冲击涂料可直接应用于水泥基地面，随着工业生产要求的提高，水性聚氨酯涂料被应用于工业生产有着严格的要求的场合，如低VOC，耐磨损，维修方便等。水性聚氨酯涂料因其优异的性能，可用于卫生间和车库等地面的防水及装饰；它与水泥地面具有良好的粘结，施工后地坪整体性较好，水性聚氨酯涂料在涂层固化后，涂层的弹性好，手感舒适，适用于会议室和高档地板装修等场合。唐进伟等合成了一种水性湿固化聚氨酯树脂，该树脂是经六亚甲基二异氰酸酯单体加聚后改性而成，该树脂既具备单组分水性涂料施工便捷、成本较低的特点，又具有较好稳定性和胶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

如今有机材料已经被广泛的用于建筑物中，有机物的可燃性也使人们更加重视建筑物防火工作。防火涂料，因此也得到了快速的发展，防火涂料具有装饰性和阻燃性，常常被用于易燃的建筑构件的表层上，以此提高有机材料的耐火能力。通过加入卤素、氮、磷等元素于聚氨酯链段中，并且加入合适的助剂协同，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湿和温暖的环境中，抑制建筑物表面的霉菌生长，同时具有装饰的作用。由于水性聚氨酯涂层本身是高分子材料和水等的混合物，具备微生物的生长条件，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，在水性聚氨酯中引入合适的杀菌剂可以防止微生物的滋生，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，并且制备方式又简单易行，常用的防霉杀菌剂为银、纳米TiO2和纳米ZnO 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，制备过程复杂，成本较高。

4　水性聚氨酯涂料改性方法

4.1环氧树脂改性

环氧树脂具有环氧基和羟基的官能团可参与合成反应，同时具有高弹性模量，高强度，耐热性，耐化学性等优点，能够提高刚度和耐腐蚀能力。应用环氧树脂共混改性时，水性聚氨酯和环氧树脂之间并没有形成化学键，主要依靠水性聚氨酯分子的包覆作用和羧基的稳定作用，随着环氧树脂的量剧增，其稳定作用越来越小。化学共聚改性水性聚氨酯，环氧树脂直接参与合成水性聚氨酯涂料，通过化学共聚法能够得到性能更优异的水性聚氨酯涂料。

4.2有机硅改性

有机硅化合物结构中含有元素硅，属于半有机、半无机结构的高分子化合物，因而具有良好的耐水性、耐候性、透气性及低表面能等优点，有机硅改性水性聚氨酯的类型主要有四种类型：第一种类型为有机硅氧烷改性；第二种类型为有机硅氧烷-环氧树脂复合改性；第三种类型为有机硅氧烷-丙烯酸酯复合改性；第四种类型为无机硅纳米材料改性。

4.3纳米材料改性

纳米材料因其自身的量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和表面效应，在对水性聚氨酯进行改性时，可以显著改善水性聚氨酯的耐热性和力学性能，并赋予其良好的杀菌、阻燃等功能。常用的纳米粒子有SiO2、TiO2、ZnO、碳纳米管和石墨烯等。