浅析水性单组份聚氨酯的应用和防水特性

叶进容

摘 要：21世纪是自然保护的白热化阶段，为了减缓全球恶性生态发展趋势，联合国环境保护组织以及各国对各类建材要求逐渐趋于绿色无害化。而对于现代工程建材领域来说，所涉及的材料数不胜数，每一项细小零件的作用都极难找到符合要求的替代品，要找到新型的，绿色的并且性价比高的替代建材，与改变原材料或者生产方式相比，最直接的方式便是从化学角度这一根本生产发明方式出发，高分子合成新型建材原料。本文主要针对新型建材中水性单组份聚氨酯的防水特性及其应用提出相关研究意见。

关键词：水性单组份聚氨酯;应用;防水特性

0 前言

为了配合全球环保要求，改善生态环境，工程类的建材种类发生了诸多变化，其中聚氨酯作为20世纪60年代的热门工业产品，被用于制作泡沫等其他建材并且受到几乎所有建材工业的欢迎，但是由于刚刚起步，没有意识到其对环境的危害性，虽然仅仅任其发展了几十年的时间，聚氨酯塑料泡沫就发展为全球化。在这种情况下，工业挥发化合物也就是聚氨酯等材料含量被严重限制。

1 水性单组份聚氨酯相关定义

1.1 什么是聚氨酯材料

在19世纪的建材工程中，外墙保暖，运输保护以及各类涂料领域都被PVC所占据。PVC是由树脂PVC以及各类不同催化助溶剂聚合而成，虽然制作过程繁琐，需要通过大量分步聚合步骤，但是由于其造价低廉，广受行业欢迎。但由于PVC是聚氯乙烯化合物，在刚刚起步时所采用的乙炔锻造法并不成熟，虽然有着可靠的安全性和可塑性，但是由于其不稳定的挥发性，会在高温下分解为氯化氢等有害物质。这些条件让PVC成为了环境保护的重点针对对象，就此，PVC不得不做出分级并且根据环境保护力度减少生产。目前PVC主要被应用于疏松树脂，在此情况下聚氨酯（PU），全名为聚氨基甲酸酯，是一种高分子化合物，于19世纪40年代在德国诞生。PU制品主要可以分为聚氨酯泡沫塑料，聚氨酯弹性体以及聚氨酯纤维塑料，其中泡沫塑料是聚氨酯被作为原材料使用最多的建筑建材。相比于PVC塑料，聚氨酯拥有更好的耐性，稳定性，以及可塑性，大部分的弹性塑性都在其接受范围内。这让聚氨酯在隔离方面具有巨大优势，交通运输中的隔离保护以及防毒等领域广泛使用其作为隔离用具来保护运输材料以及人员安全。

1.2 什么是水性单组份聚氨酯

为了改善聚氨酯所带来的环境污染缺点，在聚氨酯经历八十多年的改革换代，不断更新自身优缺点之后，水性单组份聚氨酯被推向建筑建材舞台之中。相比于之前的聚氨酯材料，水性聚氨酯最大的改动是以水代替之前聚氨酯制造中的有机溶剂材料，所以也被称作水分散聚氨酯。由于水性聚氨酯中的有机溶剂不再是以前的可挥发有害物质，具有绿色节能，价格低，环保价值高等有机聚氨酯不具备的特点。距现在40多年的水性聚氨酯发展历史让其具有了相当复杂的种类分支，可按不同分类方式区分水性聚氨酯。例如，按照表面视觉效果或者浓度配比可以分为水性聚氨酯乳液，聚氨酯分散液，以及聚氨酯水溶液，水性聚氨酯粘液按照使用方式可分为单组份以及双组份两类。而广义上的水性单组份聚氨酯指的是按照包装形式来划分的。同样可以被认作是单组份和双组份水性聚氨酯。其中相比于双组份水性聚氨酯，单组份聚氨酯具有携带方便，性价比高的特点。

2 水性单组份聚氨酯的可应用领域

2.1 不同工业各类涂料

由于水性单组份聚氨酯特殊的防水特性好，隔离性能强的特点，同时以水作为溶剂的特点让其不易于所接触材料发生化学反应，影响所覆盖的物质，同时又减少了对自然界有害物质的排放，因此水性单组份聚氨酯被用做各类行业作为防水等作用的保护涂料使用。例如。纸张等书写用具上喷涂水性单组份聚氨酯可以填满纸张中的植物纤维空隙，让其表面光滑，书写笔记清晰。也可以让纸张柔软，易于书写。皮革等人造服装类上喷涂的水性聚氨酯可以通过溶剂阴离子以及其溶剂中的亲水性达到良好的防尘效果，同时也让本就容易遇冷变质的服装面料充分吸收聚氨酯溶剂中的水分，即达到了保护隔离的效果，又起到保护服装质量的作用。另外，在一些大型体育馆以及宴会厅的地面上也可以将大量水性聚氨酯作为保护层用于保护地板，防水的特点可以让木板保持干燥，耐磨的特点可以保护木质地板不被走动划痕影响，并保持光泽亮度。

2.2 工程建设

在工程建设方面，水性单组份聚氨酯常被作为填充剂或粘合剂用于工程建设之中。由于继承了聚氨酯的聚合物特点，虽然其以水作为有机溶剂，但还是保持了相当高的黏合性能。相比于以前的三醛树脂粘合剂，水性聚氨酯最大的优点便是其极高的环境保护价值。三醛树脂制作过程繁琐并且造价昂贵，其制造技术只掌握在各大企业手里，但水性聚氨酯不论是在造价还是有毒物质上，都远远超过了三醛树脂，基本取代其成为新的广泛黏合剂。在填充剂方面，水性聚氨酯会与水产生化学反应，发生剧烈的挥发反应，因此工业上将其常用于填补施工建筑缝隙，排查漏洞等。

2.3 保护建材

由于水性聚氨酯的稳定性强，造价低，所以常被用于保护施工建筑等建材领域上。水性聚氨酯防水涂料可以长期受到日晒而保护下层泥浆沙石保持良好质量水平，而且无毒无味，因此常用于桥梁道路，发电基站，住房内部墙体等，保护其建筑材质。

3 水性单组份聚氨酯防水原机理

3.1 理论方面

水性单组份聚氨酯作为高分子聚合物，具有良好的稳定性。经过繁琐的制作过程之后，在水性聚氨酯分子层面加入了二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG）等化合物聚合分子。而这些高分子都具有大量的稳定-NCO基团，不易与外界发生反应产生质变，这使其在分子层面的阴阳离子相互聚合，羧基与氢基不停反应结合，相同基團互相吸引，产生极强的内聚性并且组成坚固密集的隔离网，这让其从分子层面具有明显的疏水性。但相比于之前的油性聚氨酯，水性聚氨酯无疑造价更为低廉而且环保。

3.2 材料方面

在材料方面，水性单组份聚氨酯采用了大量疏水性树脂，低聚物多元醇，二异氰酸酯以及扩链剂。疏水性树脂是良好的助溶剂和防水材料，可以提高聚氨酯聚合物与水的亲和性，与水充分混合可以让聚氨酯达到水溶剂饱和状态，让其无法再吸水形成稳定胶体以达到防水效果。低聚物多元醇相比于其他醇类，因为其低聚的原因很难与水发生反应，耐水性强，而二异氰酸酯为其聚合物提供了稳定的化学反应环境，使其成为稳定聚合物。这些都早就了水性单组份聚氨酯强大的稳定性，耐化学性以及防水性，但是最重要的是扩链剂，扩链剂可以让原材料中的聚合物基团数量大量增多，稳固聚合反应，让其具备更坚固的防护网。

3.3 制作过程方面

在制作过程方面，水性聚氨酯的主要制备方法有很多，其中自乳化法和外乳化法是主要的两种制备方法。在两种方法中自乳化法利用了聚氨酯分子链的亲水性使其达到饱和态并具有防水效果，价格相对低廉，但一般的自乳化法并不能使聚合物分子链完全反应，需要加入一定的催化剂帮助其达到完全水饱和状态以达到预期防水效果。

4 结语

综上，水性聚氨酯在保护环境的前提下，既达到了行业对建筑保护材料的要求，具有稳定性，安全性，防水性等特点，不仅可以保护建材，装饰建筑，还可作为黏合剂和填充剂，又符合联合国环境保护组织维护生态发展的规定。不仅如此，其具有的便携性以及易实用性已经逐渐取代油性聚氨酯，具有极高的经济价值。但目前水性聚氨酯的原材料生产只掌握在世界数个大型企业手中，对其技术垄断限制了其发展，在经历之前的四十多年发展之后，水性聚氨酯将成为行业必不可少的原材料之一。

参考文献：

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