聚氨酯地坪涂料的发展现状

廖玲玲

（广州西卡建筑材料有限公司，广东 广州 510530）

地坪涂料是涂装于水泥砂浆、混凝土、石材或者钢板等地面，能够对地面起到装饰、保护或者某些特殊功能的建筑涂料。相比于目前家庭住宅装修偏重选择木地板、耐磨地砖花岗岩和地毯等装饰材料，地坪涂料因为具有更好的技术经济效益以及种类多、维修方便和功能性强等特点，有着更为广泛的应用和使用范围。

地坪涂料按成膜物质分类可分为：环氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、甲基丙烯酸甲酯地坪涂料、聚脲地坪涂料和其他地坪涂料，其组成、特征和用途如图1 所示[1-3]。

1 聚氨酯地坪涂料组成及其特性

聚氨酯涂料是以聚氨酯树脂为基料，加颜料、填料及其他助剂材料等组成。聚氨酯树脂是由异氰酸酯基和含活泼氢原子化合物之间的加成反应合成的，使得聚氨酯涂料的树脂与其他树脂（如聚酯、聚醚等）不同。和聚酯聚醚相比，聚氨酯涂料中，除了羟基、醚键外，还含有大量的氨酯键，甚至许多酯键、醚键、脲键、脲基甲酸酯键、异氰尿酸酯键、油脂的不饱和双键，以及丙烯酸酯成分等，且在大分子链中还存在氢键，使得聚氨酯涂料具有更多优点：

①合成时大分子的化学组成、结构和使用时的配方均可调整，以获得所需涂膜的性能。

②聚氨酯涂料耐腐蚀性优良，能耐酸、碱、油及化学药品，使其可用于油田钻探、船舶上做防护地坪涂料。

③聚氨酯涂料耐磨性好，粘结性高，能耐低温至-40℃。

图1 地坪涂料的分类与种类

④聚氨酯涂料可施工温度广，可在室温或0℃下固化，适宜于各种场所。

⑤聚氨酯涂料的保护性和装饰性优越，附着力高，对基面不挑剔。

⑥聚氨酯与其他树脂的互溶性好，易于制备成性能不同的涂料，开发了多样性的聚氨酯地坪涂料。

聚氨酯涂料的上述优点，被广泛应用于国防、基建、化工防腐、车辆、船舶、飞机、木器、电子绝缘等行业。

2 聚氨酯地坪涂料分类

聚氨酯涂料的类型和品种繁多，分类方式多种。按使用方式不同有单组分、双组分和三组分等；按涂料功能特性的不同有耐磨地坪涂料、弹性地坪涂料、电功能地坪涂料等；按涂料在涂层结构种的作用有封闭底涂料、中层涂料和面涂料以及水性聚氨酯水泥混合砂浆等；按照分散介质或形态分为溶剂型、无溶剂（少溶剂）型、水分散型和粉末涂料等。

为了叙述方便，本文将聚氨酯地坪涂料按照分散介质不同的4 大类：溶剂型、无溶剂（少溶剂）型、水分散型和粉末型涂料等

2.1 溶剂型聚氨酯地坪涂料

溶剂型聚氨酯的品种很多，按使用形式可分为其中单组份和双组分两种类型，其涵盖了早期的各类产品，如弹性型、防滑型、舱室地坪涂料等，是发展最早、技术成熟的一类产品。

单组分聚氨酯涂料是由含羟基化合物与过量的多异氰酸酯反应生成的预聚物、溶剂、颜料、除水剂、助剂组成。由于单组份聚氨酯涂料含有活泼性端基-NCO，其暴露在空气中，能与空气中的水分发生反应生成脲键而固化成膜[2-3]，反应机理可分为两个阶段:首先水与反应生成不稳定的氨基甲酸，随即分解为胺和二氧化碳;二氧化碳从涂膜中挥发，而胺继续与剩余的-NCO 反应生成脲，其具体反应过程如反应式图2。

图2 单组分聚氨酯固化机理

双组分溶剂型聚氨酯涂料具有极佳的性能，这主要表现在以下几个方面：可室温固化成膜，产品的耐磨性、柔韧性；硬度、强度等机械性能好；光泽高；耐水性、耐溶剂性好。因此，溶剂型双组分聚氨酯漆被广泛用于汽车、机械、建筑、木器等行业。

黄佩坚等[4]分别筛选了着色剂、填料、溶剂、扩链剂、潜固化剂，并研究不同比例混合溶剂的办法，开发了一种彩色单组份聚氨酯地坪涂料以达到既满足性能又经济合理的目的。

但由于涂料（包括固化剂组分）中含有甲苯、二甲苯等含有毒成分的芳烃为主要溶剂，其在生产和施工成膜的过程中，有机溶剂会排入大气，污染环境。因而在一定程度上影响了这类涂料的发展[5]，是应用受限制的涂料品种。溶剂型聚氨酯地坪涂料在实际施工中还存在许多难以克服的弊病，特别是环境温湿度和地面基层的湿度还会引起涂层起泡、鼓包、脱落等情况的发生。

2.2 无溶剂型聚氨酯涂料

无溶剂环保型聚氨酯涂料（包括固化剂组分）中含有的溶剂或者VOC 很少，环保性能较好。为了提高环保性能，避免使用高毒性原料，如常使用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）替代甲苯二异氰酸酯（TDI），是聚氨酯地坪涂料发展的方向。

从2015 年2 月1 日起我国将电池、涂料列入消费税增收范围，规定要求涂料施工状态下挥发性有机物（VOC）超过420g/L(含)的涂料征收4%的消费税。这也促进了相关的传统溶剂型工业涂料的企业努力向水性化、粉末型及光固化类型等环境友好型涂料转化。

李延军[6]研制了双组分无溶剂聚氨酯地坪涂料能达到GB 18581-2001 的相关规定要求。该无溶剂聚氨酯地坪涂料的理化性能优异，通过在聚氨酯涂料中加入一定的颜填料，筛选合适的助剂增加了涂膜强度、硬度及耐磨性，使得地坪涂料涂膜饱满，色彩鲜艳提高装饰效果，并且降低涂膜收缩率。

2.3 水性聚氨酯地坪涂料

水性聚氨酯地坪涂料包括单组分和双组分两类产品。其中单组分水性聚氨酯涂料是研究最多的，因为单组分的聚氨酯涂料具有很高的断裂伸长率和适当的强度，并能常温物理干燥，所以目前国际上使用 水性聚氨酯涂料仍然是以单组分为主。但是与水性型双组分聚氨酯涂料相比，单组分水性聚氨酯地坪的耐化学品性、耐水性与耐化学品性的表现并不理想。为了使水性聚氨酯地坪涂料的性能接近溶剂型涂料，双组分水性聚氨酯地坪涂料的研究和开发非常关键。

双组分水性聚氨酯涂料的成膜机理与溶剂型聚氨酯涂料的成膜机理完全不同包含了物理成膜和化学成膜这两个过程。物理成膜指的是在成膜前阶段的水分的挥发，化学成膜的过程指的是固化剂和预聚体多元醇之间进行交联反应之后形成的网状结构，而这个过程则发生在涂膜的大部分水分蒸发以后的。

水性双组分聚氨酯地坪涂料由含羟基水性多元醇、水性多异氰酸酯固化剂及一些助剂（如成膜助剂、增稠剂、润湿流平剂及颜填料等）组成。水性双组分聚氨酯涂料因其对环境友好，又兼具溶剂型聚氨酯的高性能，因此水性双组分聚氨酯地坪涂料具有非常大的应用前景。

兰光友等[7]介绍了户外篮球场水性化地坪涂装的新技术工艺，通过筛选水性环氧树脂、水性环氧固化剂、石英砂的用量，制备面层耐磨型水性聚氨酯地坪漆，并制定了新的涂装工艺技术。完美显示了涂装工艺技术和经济效益，使其面层不出现裂缝、空鼓、掉砂等质量问题，清洗方便，色彩丰富，耐磨、保光保色性好。

2.4 粉末型聚氨酯地坪涂料

粉末聚氨酯地坪涂料是一种新型的环境友好型涂料，它具有封闭型和光固化型粉末涂料两种。聚氨酯粉末涂料主要指羟基端基的聚酯和各种封闭性多异氰酸酯为成膜组分的粉末涂料。和其他类型粉末涂料相比，具有以下优点：1）流动性高，因封闭剂需要在高温下解封，所以未解封之前不与其他物质起化学反应，使得粉末涂料有足够的施工时间，涂膜流平性好。2）对基面的附着力好，不需要底涂，且涂膜光泽度高；3）涂膜的机械物理性能和耐化学品性十分优越，使用与室内外的装饰性薄层涂料。

目前，我国的粉末聚氨酯涂料工业化产品较少。国外，Bayer 公司研制了静电喷涂粉末涂料的固化剂Crelan，该系列封闭型脂环族多异氰酸酯固化剂，是己内酰胺封闭的IPDI 或HMDI 预聚体。与羟基聚酯配合可获得画外光泽保持率和耐粉化、耐腐蚀的防护性能。日本三井化学株式会社的粉末涂料用封闭性MDI 预聚体产品Takenate PW-2400 是一种白色粉末，熔点170~190℃，封闭NCO 含量为17.2%。烘烤温度180℃，它还可用作许多聚合物的改性剂。

3 结语

聚氨酯涂料在整个地坪涂料市场的用量占比只有约25%，但由于聚氨酯涂料具有高弹性、防静电、防滑耐磨、防腐蚀性、装饰性良好等优点，被广泛应用于食品加工厂、超市购物中心、医院手术室、药厂、屠宰场等有特殊要求的场所。随着聚氨酯涂料地坪涂料的开发和研究，未来聚氨酯涂料的用量和品种都将得到发展。