水性聚氨酯涂料在工业涂料中的应用

发布时间：2020-08-03

　　摘要：本文主要阐述水性聚氨酯(WPU)涂中料在工业领域的运用，主要使用的范围包括汽车涂料、轮船涂料、集装箱涂料、飞机涂料以及皮革塑料涂料等，对近几年WPU的改性技术进行了综合的阐述，包括进行交联改性以及结构改性，通过对于水性聚氨酯涂料性能的改善促进了工业涂料的使用范围，希望相关研究人员予以借鉴和参考。

　　关键词：水性聚氨酯;工业涂料;应用研究

　　1前言

　　工业中使用的传统溶剂型聚氨酯所制备的涂膜能够具有较强的耐磨性以及耐溶剂性，涂膜的力学强度比较高，因此在工业涂料领域得到了广泛的使用。但是溶剂型聚氨酯PU在生产制备以及使用的过程中，会产生有害气体，因此水性聚氨酯应运而生，成为材料学家开发研究的热点。水性聚氨酯也就是WPU能够利用水代替有机溶剂，不但能够降低使用的成本，同时使得传统溶剂型聚氨酯涂料优点得到了保留，涂膜不但具有耐高温和低温的特性，同时耐磨性也得到了迅速的提高，挥发有机物的含量逐渐降低，特别是在汽车工业、皮革工业等工业领域得到了充分的使用。目前我国已经是最大的WPU材料的消费市场，但是在市场占有率以及品质率上，国内产品相对于国外产品来说实力还相差比较大，因此对于WPU的研究具有十分重要的意义。

　　2水性聚氨酯涂料在工业领域中的应用

　　WPU在工业涂料领域应用非常广泛，涉及汽车工业、交通运输行业以及塑料和皮革等领域。

　　2.1车用涂料行业

　　汽车涂料对于外部整体的保护和装饰性能要求比较高，汽车用WPU涂料采用脂肪族异氰酸酯以及多元醇来混合制备。铝粉以及助剂选择需合理，对于汽车修补用WPU涂的调色以及施工性能都得到了有效的提高，可以使用替代性溶剂，因此具有广阔的市场发展前景。

　　交通运输业中高速列车外部车厢的装饰面涂层要求具有高附着力以及柔韧性，能够耐化学品的腐蚀，抗风沙的冲击，具有不橪性以及耐磨性，同时还要能够便于施工。涂层化学物质的选择就显得十分重要。水性聚氨酯涂料能够有效满足高速列车车厢的涂料要求，起到良好的保护作用，同时能够有效的降低作业成本。可以采用UV固化法，对于WPU涂料进行改进，同时可以引入丙烯酸乙酯提高水性聚氨酯涂料的交联密度，使得这种混合涂料的耐热性以及耐磨性能得到了飞跃的提升，可用性能比较好。可以使用合成的双组分水性聚氨酯乳液，利用纳米级的二氧化硅作为改性剂，如果当纳米及二氧化硅质量分数达到30%时，所产生的涂膜具有良好的耐溶剂性以及柔韧性，挥发出的VOC的含量也比较低，可以适用于高速列车车厢的涂料工艺，具有广阔的市场发展前景。

　　2.2船舶工业涂料

　　船舶长时间行驶于海洋环境中，船舶底部大部分时间都浸泡在海水里，因此会受到到周围化学元素的影响，装备使用寿命大幅度降低。需要对船舶涂抹保护层来有效保护船体。水性聚氨酯涂料具有良好的耐腐蚀性以及抗污性，因此在船舶工业涂料中得到了广泛的使用。

　　可以将丙烯酸酯改性聚氨酯作为机体，在内部加入空心玻璃球或者是纳米级的橡胶粉末，成为减震的填料，与水性聚氨酯乳液进行共同混合，能够制备新型船舶底部涂刷环保涂料。当空心球等材料质量分数达到25%时，能够得到机体复合涂料，这种复合涂料的降噪性能，耐水性能以及环保性能都可以满足设计标准要求。当海水浸泡工业涂料层6个月之后，涂层没有出现脱落和开裂，具有良好的使用效果。利用双组分的水性聚氨酯涂料涂抹反射性能要比单组分水性聚氨酯涂料更加优异，这种涂抹的耐水以及耐溶剂性能得到提高，能够有效代替溶剂型的聚氨酯涂料，可以将这种涂料涂抹于军舰或者是其他远洋船舶上，降低海水对于船舶的影响。

　　2.3集装箱的涂料

　　集装箱由于长时间在海洋中运输，因此，对于集装箱的耐腐蚀性和环保标准有了更高的要求。脂肪族水性聚氨酯涂料具有良好的耐候性以及装饰性能，在集装箱涂料领域中市场份额不断增加。利用水性聚氨酯为主要的成膜物质，可以加入苯丙乳液，对水性聚氨酯机体进行混合性改性，也可以加入磷酸锌作为主要的防锈颜料，这种复合材料综合性能非常优异，能够专门适用于集装箱的外部面漆涂料。当丙烯酸树脂质量分数达到百分之20%时，外部涂膜耐水性达到最佳水平，它的耐冲击性能达到了50公分，硬度达到了3h，能够满足集装箱行业对于涂料的要求。

　　2.4塑料涂料

　　塑料是化工行业使用最为广泛的材料，在塑料成型工艺之后，表面容易出现轻微的瑕疵，可能会导致材料的老化或者是划痕等。部分塑料制品对于外部装饰性要求比较高，需要涂料进行装饰。如果利用水作为溶剂，对于塑料表面润湿效果比较差，难以确保涂料的粘结。随着涂料工业逐渐朝向环保化以及高性能化方向发展，水性聚氨酯涂料有了更多的用武之地。

　　利用水性聚氨酯涂料作为成膜物质，加入氮丙啶胶联剂，能够对涂膜性能产生本质变化，将这种改性水性聚氨酯涂料用于ABS塑料中，具有较为优异的附着力性能，并且能够使得塑料外部手感比较柔软，光泽性比较良好，具有较强的防滑伤性能，因此具有巨大的市场应用价值。在实践中可以引入双官能团SEMA，在水性聚氨酯机体链中引入双键，然后再与单体乳液进行混合制备，形成交联体聚苯乙烯聚氨酯复合型乳液，这种乳液随着聚氨酯以及聚苯乙烯质量比的增大，对于聚苯乙烯的数量附着力逐渐增加，能够起到良好的附着作用。

　　2.5皮革涂料

　　在皮革制造过程中，涂饰是非常重要的环节，可以有效增强皮革的美观和耐用性能。利用水性聚氨酯涂料进行涂装后，皮膜透气透湿性以及耐寒性得到了极大的提高，同时不容易发生脆裂，比较容易清洁。可以使用含氟水丙烯酸酯对于水性聚氨酯涂料进行改进，形成皮革表面涂层，这种混合涂料具有良好的剥离度，同时撕裂强度也符合高品质要求，与传统的水性聚氨酯涂料相比，耐磨性能以及耐水解性能也非常接近。

　　3水性聚氨酯涂料在工业领域中的研究进展

　　水性聚氨酯涂料由于自身结构限制，在耐水耐热方面还存在一定的缺陷，因此现在无法做到完全代替溶剂型聚氨酯涂料，需要对于水性聚氨酯涂料进行有效的改性，主要集中于交联改性以及结构改性两方面的内容。

　　3.1交联改性水性聚氨酯涂料

　　交联改性聚氨酯涂料能够将化学键位之间互相连接，形成特殊的结构，改进WPU的力学性能，能够有效改善材料的光学以及化学性能，提高材料的硬度以及光泽度。

　　3.2结构改性水性聚氨酯涂料

　　结构改性是将化学组成以及性能不同的高分子材料与水性聚氨酯涂料进行有效的混合，形成一种新的WPU材料，能够有效提升材料的耐污以及耐溶剂性能，与前一种交联改性材料相比，结构改进能够有效结合两种以上的聚合物，使得应用更为广泛，最为常用的改性主要有丙烯酸酯环氧树脂以及纳米材料，纳米材料是改性聚氨酯涂料先进的改进方法，市场应用前景广阔。

　　4结束语

　　随着工业涂料的节能以及环保标准的提高，使得人们对于水性聚氨酯涂料性能有了更高的要求。水性聚氨酯涂料研究需要不断结合新形势的改新技术，才能实现多功能方向发展，为水性聚氨酯涂料的市场应用奠定良好的基础。——论文作者：雷娇 席腾

　　水性聚氨酯涂料在工业涂料中的应用相关期刊推荐：《中国涂料》(月刊)创刊于1986年，由中国涂料工业协会主办。在国内涂料行业颇具影响的综合型科技期刊。是以涂料、涂料原材料、涂料机械设备、涂料助剂、油墨、胶粘剂、防腐蚀、检测仪器等涂料相关行业为主要读者对象的中国涂料行业专业刊物。