綠色涂料水性聚氨酯漆分析

楊軍 劉江波

摘 要：隨著涂料工業(yè)的不斷發(fā)展，其品種、花色、功能等越來越多，但是在涂料制造與施工時有機溶液排放大量的毒害物質(zhì)影響生態(tài)環(huán)境，基于此，本文將分析綠色涂料水性聚氨酯漆，其具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，在市場中具有廣泛的推廣價值。

關(guān)鍵詞：綠色涂料;水性聚氨酯漆;分析

目前我國家具涂料主要是以硝基涂料、聚氨酯涂料為主，在施工制造的過程中將會有大量的鹵代氫、甲醛等有害物質(zhì)釋放，對人類的健康及生態(tài)環(huán)境都會造成嚴重的影響。而與高VOC排放性漆相比，水性漆以水為溶劑，具有安全、無毒、環(huán)保的特點，節(jié)省資源與能源，我國關(guān)于水性漆研究以聚氨酯為主，受到了人們的廣泛歡迎[1]。

1 綠色涂料水性聚氨酯漆概述

隨著人們環(huán)保意識不斷增強，對于VOC排放量限制日益嚴苛，石油能源也十分緊張，推動我國涂料轉(zhuǎn)變?yōu)橐运酝苛蠟橹鞯牡臀廴揪G色涂料。

聚氨酯漆，是聚氨基甲酸酯漆，漆膜具有較強的韌性，光澤豐滿，附著力強，耐腐蝕性與耐水耐磨性良好，其在高級木器家具中具有廣泛的應用空間，也可以將其應用在金屬表面，由于其性能十分優(yōu)異，中國涂料工業(yè)聚氨酯比例已經(jīng)大于25%。但也存在一定的缺點，即遇潮起泡，漆膜容易粉化等，與聚酯漆相同，存在變黃問題[2]。

木器涂料中聚氨酯涂料占有主導位置，市場份額達到75%，在汽車修補中占據(jù)40%。水性木器涂料主要有聚氨酯水分散體涂料、丙烯酸水分散體涂料、水性醇酸涂料等，其性能高，VOC含量低，促進其成為發(fā)展最快的水性木器涂料之一。制備水性木器涂料通常原料為聚醚多元醇及聚酯，價格昂貴。

水性聚氨酯涂料通過外觀可將其分為三種：聚氨酯水溶液、聚氨酯乳液及聚氨酯水分散體。此山中水性聚氨酯涂料區(qū)別在于水中聚氨酯分子粒分散形態(tài)差別較大。而依據(jù)親水性基因存在的電荷性質(zhì)分類，可將其分為陰離子型與陽離子型，或者是以合成方法與種類等進行分類。

2 單組聚氨酯

水性聚氨酯涂料最早是指單組分聚氨酯涂料，其具有較高的斷裂延伸率，可以常溫干燥，通常制備方法有兩種，即自乳化法與強制乳化法，相較于溶劑型聚氨酯入料，其耐溶劑與耐化學性較差，光澤、硬度、鮮艷度也較低，可以利用改性將性能提高。

2.1 交聯(lián)改性技術(shù)

由于單組分聚氨酯涂料較低的耐化學性，所以在應用過程中不可避免的存在一些缺陷，可以通過交聯(lián)改性技術(shù)的應用將耐化學性提升。此技術(shù)能夠通過內(nèi)交聯(lián)劑的添加，原材料選用反應物合成的方式將整體聚氨酯涂料交聯(lián)改性提升。以原材料而言，其可以使用多元胺擴鏈劑及酯交聯(lián)劑，讓單組分聚氨酯有交聯(lián)性。以內(nèi)交聯(lián)劑添加而言，早期主要使用兩種交聯(lián)劑，即碳化二亞胺與甲亞胺，此兩種物質(zhì)在聚氨酯乳液中穩(wěn)定存在[3]。交聯(lián)改性技術(shù)的不斷發(fā)展，也出現(xiàn)了新的內(nèi)交聯(lián)劑，是氮雜環(huán)丙烷化合物，尿丁酮在現(xiàn)階段也廣泛應用，尿丁酮的使用增加了單組聚氨酯涂料的力學性能與耐化學性。

2.2 復合改性技術(shù)

水性聚氨酯復合改性材料主要是丙烯酸酯與環(huán)氧樹脂。

2.2.1 丙烯酸酯改性

相較于聚氨酯材料而言，聚丙烯酸酯具有較強的耐水性、保光性與耐溶劑性。但是，其在涂料中強度、彈性、粘結(jié)性等方面則較差，所以，可以有機結(jié)合聚氨酯與丙烯酸酯能夠?qū)崿F(xiàn)互補，以此兩種材料作為原料所合成的水性聚氨酯材料可以同時擁有這兩者的優(yōu)點，提升其綜合性能。通過丙烯酸酯改性水性聚氨酯有兩種方法，分別是物理方法與化學方法。物理改性主要是混合丙烯酸酯與水性聚氨酯，將涂料機械性能提升，若是使用此種方法，對于丙烯酸酯離子穩(wěn)定性具有較高的要求，其還應當對溶劑有親和性，避免出現(xiàn)改性物質(zhì)破乳的情況;而滑雪改性則是將丙烯酸酯加入到水性聚氨酯溶液之中，再向溶液中添加適量的引發(fā)劑實現(xiàn)兩種物質(zhì)自由基聚合，完成復合型乳液。此過程中，需要制備出核--殼結(jié)構(gòu)，基本原理是水性聚氨酯表面存在水性離子集團，丙烯酸酯表面存在疏水性集團，方向相反，增強了水性聚氨酯的微粒作用，從而構(gòu)成核為丙烯酸酯，殼為水性聚氨酯的乳膠微粒[4]。

2.2.2 環(huán)氧樹脂改性

環(huán)氧樹脂材料具有較好的粘結(jié)力、力學性能及穩(wěn)定性等優(yōu)點，且其含有的環(huán)氧基活潑性較強，可以與水性聚氨酯直接反應。一般情況下，環(huán)氧樹脂改性過程中讓水性聚氨酯含有的異氰酸酯基與環(huán)氧樹脂含有的羥基形成反應，在環(huán)氧樹脂與水性聚氨酯之間構(gòu)成化學連接，形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，能夠全面提升水性聚氨酯的耐溶劑、機械性能、耐熱性與耐水性等，改性環(huán)氧樹脂共有兩種方法，分別是機械共混與共聚法。共聚法，主要是兩者機械混合之后不會有化學鍵反應發(fā)生，而是通過環(huán)氧樹脂具有的疏水性與化學基團的親水性包裹起來，實現(xiàn)了改性環(huán)氧樹脂的制作;而共混改性由于此兩種物質(zhì)之間沒有化學鍵反應，導致改性后形成的復合乳液穩(wěn)定性較差。近幾年中推出新的復合改性技術(shù)，如植物油改性與納米材料改性。植物油改性中，其屬于再生資源，在制備水性聚氨酯漆時更加環(huán)保;而納米材料改性，其有效提高了膠膜熱穩(wěn)定性與拉伸強度。

3 雙組分水性聚氨酯涂料

此涂料主要是固化劑（異氰酸根為主）及含有活潑氫可以與異氰酸根離子反應的水性聚氨酯組成，此反應中含有兩個或以上數(shù)量的羥基反應形成能夠交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，若是結(jié)合兩組水性聚氨酯涂料與雙組分溶劑樹脂可以形成更加環(huán)保的涂料?，F(xiàn)階段對于水性聚氨酯研究中多數(shù)為通過分散體多元醇制備屬性聚氨酯，主要步驟如下：首先，有機溶液環(huán)境下合成非離子鏈段樹脂，合成樹脂溶液在水中分散及可稱為聚氨酯多元醇料，其在綜合性能中表現(xiàn)良好，涂膜外觀效果、化學性、機械性等均有所提升。

水性雙組分聚氨酯涂料主要有以下類型：

3.1 水性多元醇體系

含有的多元醇應當具有良好的分散性，才能保證水中進行多異氰酸酯固化劑的分散。依據(jù)不同的制備方法，可將其分為分散體系多元醇與乳液型多元醇。初期，通常使用乳液型多元醇，利用乳液聚合獲得含有多種結(jié)構(gòu)的丙烯酸多元醇乳膠，具有聚合物分子相對質(zhì)量大、室溫下涂膜干燥快的優(yōu)點，而缺點則是其對于多異氰酸酯固化劑微改性分散性差，涂膜并不美觀，試用期較短。而為了能夠改善其分散性，提升雙組分水性聚氨酯涂料的效果，使用分散體多元醇，也可稱其為第二代水性搶救數(shù)值，此方面研究數(shù)量多，依據(jù)化學結(jié)構(gòu)進行分類，水性多元醇可分為聚氨酯多元醇、聚酯多元醇、雜合多元醇、丙烯酸多元醇等。此種多元醇利用有機溶液合成而來，分子結(jié)構(gòu)中具有親水性非離子鏈段或者親水可電離基團，之后在水中分散樹脂溶液獲得分散型多元醇[5]。特點是分散粒徑較小、相對分子質(zhì)量低、分散固化劑性能優(yōu)異，外觀涂膜好，整體性能大幅度提升。

3.2 丙烯酸多元醇

相較于丙烯酸多元醇乳膠，其相對分子質(zhì)量較低，粒徑較小，羥基官能度高、分散固化劑性能好，較強的涂膜交聯(lián)度，綜合性能優(yōu)秀，但是其涂膜后干燥速度較慢，整體硬度提高?？蓪αu基含量、胺中和度、酸值調(diào)整調(diào)節(jié)體系的粒徑，體系粒徑在130-140nm之間其涂膜性能最佳。

3.3 聚氨酯多元醇

本身屬于性能較高的膠黏劑，使用其進行雙組分水性涂料的配置，具有機械性能、耐磨性、耐化學性高的、涂膜外觀好的優(yōu)點。可依據(jù)實際需求對氨基甲酸酯濃度進行調(diào)整明確涂膜性能。

4 總結(jié)

總之，隨著水性聚氨酯應用更加廣泛，對于其性能也提出了更高的要求，經(jīng)過實踐證明，交聯(lián)改性技術(shù)及復合改性技術(shù)均能提高其綜合性。在今后的研究中，水性聚氨酯將向高性能、高科技含量、多功能發(fā)展，加強對復合改性技術(shù)的研究，了解不同因素對復合改性的影響，從而促進水性聚氨酯漆性能的進一步提升。還應當與聚氨酯分子設計性相結(jié)合，探索新的合成工藝與方法。

參考文獻：

[1]張家祖，徐康，袁少飛，王洪艷，張建，張文標，李琴.水性聚氨酯漆料干燥速率及漆膜性能影響規(guī)律研究[J].中南林業(yè)科技大學學報，2019，39（01）：134-140.

[2]劉道春.節(jié)能環(huán)保的水性聚氨酯涂料驅(qū)動現(xiàn)代汽車開創(chuàng)綠色未來[J].環(huán)球聚氨酯，2016（03）：74-81.

[3]王磊.水性聚氨酯涂料技術(shù)的發(fā)展研究論述[J].化工管理，2018（17）：163.

[4]渠文學.水性聚氨酯涂料改性研究分析[J].化學工程與裝備，2019（04）：15-16.

[5]付策，王東，江濤.水性聚氨酯橘紋涂料的研究[J].中國涂料，2018，33（08）：59-62.