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水性聚氨酯在涂料领域广泛研究和应用

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综述了水性聚氨酯涂料的主要特点和应用,介绍了防腐蚀水性聚氨酯涂料、

防水水性聚氨酯涂料、防霉杀菌水性聚氨酯涂料、阻燃水性聚氨酯涂料、抗涂

鸦水性聚氨酯涂料等功能性水性聚氨酯涂料的特点和研究进展,并指出了功能性

水性聚氨酯涂料的热点研究方向。

关键词:水性聚氨酯涂料功能性涂料进展

聚氨酯(PU)是由含羟基、羧基、氨基等官能团的化合物与含异氰酸酯基化

合物反应得到的高分子化合物,分子主链中除含有许多重复的氨基甲酸酯键(-

NHCOO-)外,还含有醚键、酯键、脲键、脲基甲酸酯键。聚氨酯被誉为性能最优

异的树脂,以其制得的涂料具有许多优异的性能,如高硬度、耐磨损、柔韧性好、

耐化学品、附着力强、成膜温度低、可在室温固化等。

但是,传统的溶剂型聚氨酯涂料在制备和施工的过程中都需添加不少有机溶

剂,对人类健康和环境造成危害。此外,双组分聚氨酯涂料中游离的多异氰酸酯

(如TDI)对皮肤、眼睛和呼吸道有强烈的刺激作用,长期接触会引起慢性支气管

炎等疾病。因此,随着人们环保意识的加强和各国环保法律法规对挥发性有机化

合物(VOC)排放量的限制,水性聚氨酯的研究与开发日益受到重视.

水性聚氨酯是以水为分散介质,聚氨酯树脂溶解或分散于水中而形成的二元

胶态体系,以其制备的水性聚氨酯涂料中不含或含有极少量的有机溶剂。水性聚

氨酯涂料,不仅具有无毒无臭味、无污染、不易燃烧、成本低、不易损伤被涂饰

表面、施工方便、易于清理等优点,还具有溶剂型聚氨酯涂料所固有的高硬度、

耐磨损等优异性能[3],因而在木器涂料、汽车涂料、建筑涂料、塑料涂料、纸

张涂层以及织物和皮革涂饰等许多领域得到了广泛的应用。

为了满足人们在生产和生活方面对具有新型功能的水性涂料的需求,近年来,

人们通过对水性聚氨酯改性或添加助剂开发出了许多具有特殊物理和化学性质

的水性聚氨酯涂料,提高了水性聚氨酯涂料的功能性,扩大了水性聚氨酯涂料的

应用范围。本文综述了几种功能性水性聚氨酯涂料的必威体育精装版研究进展。

1功能性水性聚氨酯涂料

1.1防腐蚀水性聚氨酯涂料

材料与周围介质发生化学或电化学作用生成氧化物而丧失或减退其原有性

能的现象称为腐蚀。腐蚀给人类造成的损失是惊人的,全球每年因腐蚀造成的经

济损失约10000亿美元,约占全年金属总产值10%。腐蚀造成的损失已经引起了

人们的高度重视,针对金属腐蚀,人们采取了一系列的防腐方法,其中最常用的是

涂层防腐,这主要是因为涂层防腐不仅具有施工和维修方便、可与其他防腐蚀措

施配合使用的优点,而且与其他防腐蚀措施相比,施工费用和成本较低。涂料的

防腐蚀作用主要有覆盖作用、钝化缓蚀作用和电化学作用,涂覆在金属表面的涂

层能够避免金属与腐蚀介质直接接触,从而达到防腐蚀的效果。

防腐蚀涂料过去一直将水性涂料排除在外,但随着水性涂料技术的发展,世

界上已有许多成功的金属防腐水性涂料体系,如水性聚氨酯涂料、水性环氧涂料、

水性丙烯酸涂料等。

环氧树脂涂料在低温下几乎不能固化,为了弥补这个缺点,人们开始将水性

聚氨酯涂料应用于金属防腐蚀中。防腐蚀水性聚氨酯多为单组分聚氨酯,它可低

温固化,并且具有突出的耐酸碱性、耐油、耐盐水、耐磨、抗冲击、抗应变等性

能,是一类具有优异的综合性能和良好发展前景的防腐树脂涂料基料。但是水性

聚氨酯由于以水为分散剂,其涂膜的耐水、耐化学性和耐溶剂性较差,若要达到

防腐蚀的性能,需要加以改性,常用的改性材料为环氧树脂和丙烯酸树脂。环氧

树脂除了含有环氧基团外,还含有羟基基团,能直接参与水性聚氨酯的合成反应;

丙烯酸酯含有羟基基团,以共聚或共混的方式对水性聚氨酯进行改性。环氧改性

水性聚氨酯涂料具有许多优异的性能,涂膜不仅附着力强,而且具有极好的耐油、

耐酸、耐碱、耐盐水、耐水、耐溶剂性;丙烯酸改性水性聚氨酯涂料是一类兼具

水性丙酸涂料和水性聚氨酯涂料优点的新型涂料,具有优异的耐候性,自增稠性

好、固含量高。

以环氧树脂(E20)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)对水性聚氨酯进行改性,通过原位

聚合制备了具有防腐蚀性能的水性聚氨酯-环氧树脂-丙烯酸(WPUEA)复合分散液。

通过实验发现:当NCO/OH总物质的量比为1.2~1.5,TMP用量为2%~3%,E20用量

为4%~6%,DMPA用量为6%~9%,MMA用量为20%~30%时,分散液的储存期超过10×

30d,冻融循环大于5,其涂膜硬度大于0.70,拉伸强度大于1×107Pa,耐水性、