水性聚氨酯在涂料領域中的應用

趙曦

（合肥市科天化工有限公司 安徽合肥 230601）

聚氨酯是一類高分子化合物，由于其分子結構中含有硬鏈段和軟鏈段，結構決定了具有硬度高、耐磨性強、耐腐蝕等優良屬性，因此被譽為性能最好的樹脂，在涂料領域也得到了廣泛的利用。但是利用傳統方法制備聚氨酯涂料的過程中，需要添加大量的有機溶劑，有些有機溶劑的添加會造成對人們皮膚、呼吸道的強烈刺激，長期接觸會對人體產生不可逆的傷害。因此，在國家和群眾日益關注綠色、環保的今天，人們更傾向于使用對環境和人體傷害較低的化合物制備涂料，而以水作為分散介質的水性聚氨酯，較少的使用有機溶劑，具有無污染、不易燃燒、成本低廉的特質，因此受到了人們廣泛的關注與推崇。下面主要介紹水性聚氨酯在涂料領域的應用情況。

一、常見的功能性水性聚氨酯涂料

1、防腐性涂料

腐蝕是指材料與周圍各種介質發生反應后導致失去其原有性能的現象，腐蝕造成的損失是巨大的，因此世界各國都在積極的尋找解決方案，針對最常見的金屬腐蝕，人們常用的方法是在金屬表面涂防腐涂料。涂防腐涂料以防腐蝕的方法具有成本低、施工方便、易于配合其他防腐措施的優點。傳統的防腐涂料領域不接受水性涂料，但是隨著科學的進步，水性涂料制備手段愈發進步，已經有很多的金屬防腐涂料研制成功并投入使用，水性聚氨酯涂料便是其中應用作為廣泛的一種。

為了彌補傳統防腐材料低溫下不能凝固的致命缺點，人們將水性聚氨酯引入了防腐蝕涂料行業，單分子聚氨酯具有耐酸堿、耐磨損、低溫能夠固化等一系列的優點，具有良好的發展前景。但是水性聚氨酯由水作分散劑分散后，這些優點均有所退化，因此常將其改性以達到防腐蝕效果。

表1 水性聚氨酯防腐蝕涂料參考配方

2.防水性涂料

防水是人們的生活中一項重要的工作，傳統的防水涂料多為焦油、瀝青型，但其耐磨損、耐腐蝕性差，聚氨酯防水涂料具有優越的附著力，并且容易進行修補，防水耐腐蝕等性能均高于傳統涂料，因此被廣泛的運用在建筑防水層。水性聚氨酯防水涂料較之溶劑型防水涂料，雖在性能上不及溶劑型防水涂料，但是其無污染、無惡臭、不易燃燒等特質依舊博得人們的喜愛。而且相較于其他材料，水性聚氨酯的機械性較好，有著極高的粘著性。在制備防水性聚氨酯涂料的過程中，使水性聚氨酯與其他的樹脂相結合，可以極大程度的提高涂料的防水性。

在水性聚氨酯加入環氧樹脂等高分子材料，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簡單易行，被廣泛的運用在屋頂、橋梁、建筑等的防水工程。除此之外，水性聚氨酯還被用作涂層劑，用來制備防水透氣的功能性濕織物。相比之傳統的涂層劑，水性聚氨酯涂層劑所作織物具有柔韌性強、耐磨損性強等特點，并且綠色無污染，富有彈性。雖然水性聚氨酯織物的優點較多，但是也存在著一些缺陷，比如織物不易干，固化時間過長等，這些問題還有待解決。

3.防霉殺菌性涂料

水性聚氨酯被用作制備防霉殺菌性的涂料，但是由于其本身含有助劑等的限制，使其非常容易遭受微生物的感染，受到感染后的涂料會發生質變，不僅失去了其綠色環保的性能，還會對環境以及人體造成巨大的危害。因此，經過專家研究，在水性聚氨酯中引入適當劑量的殺菌劑可以有效地抑制微生物的入侵，保護涂料的性能不受影響。

制備防霉殺菌的涂料時，有兩種方式可以選擇，一種是物理方法，直接將殺菌劑加入到水性聚氨酯涂料中，既可以達到制備防霉殺菌涂料的效果，制備方式又簡單易行,常用的防霉殺菌劑為納米Z n O 等無機抗菌劑。第二種方法是化學方法，將有抗菌基團的有機高分子化合物將抗菌基團以共價鍵的形式結合在不溶性載體上，但是此種方法成本較高，因此不容易得到普及。

4.阻燃涂料

阻燃材料按照燃燒特征分類，主要包括兩類，分別是膨脹性阻燃性涂料和非膨脹性阻燃性涂料，都會通過將阻燃劑加入到普通涂料中制備。膨脹性阻燃材料的作用效果是使燃燒物在其作用下發生膨脹后脫水，形成炭質層產生絕熱效果，組織可燃物再次燃燒；非膨脹性阻燃涂料的作用效果為，涂料本身不易燃燒并且在燃燒的過程中會產生滅火的物質，隔絕空氣達到組織燃燒的效果。由于目前的時代背景，專家們致力于研發水性膨脹型阻燃涂料，因為其綠色高效，是環境友好型材料。為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劑，在實際制備阻燃涂料的過程中，也可根據實際情況加入多種添加劑配合使用，以達理想效果。

5.抗涂鴉涂料

在文化自由、行為自由的今日，城市中存在著很多或為藝術或是惡意的涂鴉行為，這些涂鴉有時不僅影響城市容貌，也給清理人員造成了巨大的難題，因此，人們致力于開發出一種抗涂鴉涂料。傳統的抗涂鴉涂料多為溶劑型聚氨酯涂料，因此難以滿足現在對于有害氣體排放量的限制，開發新型聚氨酯涂料也就成為抗涂鴉材料發展的必然方向。制備抗涂鴉涂料的原理為通過改變建筑物表面的化學性質，提高密度性，使涂鴉顏料難以進入。

對于提高水性聚氨酯涂料的密度，需要利用有機硅等材料?？雇盔f性涂料的密度不高是導致涂鴉顏料易于進入墻體表面的主要原因，因此，提升水性聚氨酯的密度對于提升涂料抗涂鴉性能具有重大意義。與水性聚氨酯涂料的密度密切相關的因素是涂料的顏料體積濃度，當涂料的顏料體積濃度高于最低標準時，會使涂料的耐臟性迅速降低，因此，要嚴格控制顏料體積濃度指標。

二、水性聚氨酯材料應用中的問題以及解決方式

水性聚氨酯涂料因其綠色環保、性能優越受到了人們的廣泛關注，如今水性聚氨酯制備技術已經趨于成熟，在各個領域都得到了廣泛應用，取得了良好的成果。但是功能性水性聚氨酯的制備過程中存在著很多的難題，想要使水性聚氨酯涂料完全取代溶劑型聚氨酯涂料，還需要進一步進行完善。以下提出三個方面的建議以供參考：

1.探索新型改性材料。

由于水性聚氨酯涂料的防水性能、剛性、以及抗腐蝕性相較于傳統的溶劑型聚氨酯涂料都有很大的差距，因此要通過不停的研發與探索，找到能夠提升水性聚氨酯防水等性能的添加材料。

2.開發新型添加劑。

水性聚氨酯本身并沒有那么優良的性能，很多的功能性水性聚氨酯涂料是通過引入添加劑制備而成的。因此，只有將更多的精力放在開發新型添加劑上，才能制備出理想型水性聚氨酯涂料,滿足人們對涂料的功能性需求。

3.加強對涂料成膜機理的研究。

由于功能性水性聚氨酯涂料中加入了多種添加劑，因此其成膜原理較之溶劑型聚氨酯涂料復雜，因此需要人們不斷的研究與完善。

三、結束語

本文主要介紹幾種常見的水性聚氨酯涂料，例如：防水性水性聚氨酯材料、抗涂鴉性水性聚氨酯涂料等，并根據水性聚氨酯在涂料領域的應用提出發展中的問題以及解決辦法。目前,水性聚氨酯的發展還屬于起步階段，世界各國都在積極研究功能性水性聚氨酯涂料的性能以及發展方向,在不斷地研究與開發后，水性聚氨酯材料的良好性能將得到廣泛的應用，為人們的生活提供更多的便利。

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