聚氨酯涂料研究现状及发展

刘焕彬

摘要：聚氨酯涂料具有优良的附着力、耐磨性和高光泽，在涂料工业中占有重要地位。他们深受市场和消费者的青睐。特别是近年来，新型聚氨酯环保材料和特种聚氨酯材料已投入市场，为聚氨酯树脂和涂料注入了新的活力和希望。从聚氨酯涂料的特点、组成及种类等方面介绍了聚氨酯树脂在涂料中的作用和应用。对聚氨酯涂料在国内市场的应用和发展现状，分析了聚氨酯涂料今后的发展方向。

关键词：聚氨酯；涂料；应用；研究；树脂

聚氨酯涂料是一种新型材料的发展在下半年的第二十世纪，其结构中含有氨基甲酸酯，还含有酯键和醚键、脲键，收缩两脲键、脲基甲酸酯键、键和酰基脲基润滑脂不饱和键，因此，既有酰胺基团相似的特征，如强度、耐磨、耐油、聚氨酯具有耐热性、耐溶剂性、抗水性和灵活性的聚醚。

1.在中国的聚氨酯涂料的发展现状

在中国的聚氨酯涂料的研究开发始于20世纪50年代、80年代以来，随着生活水平的提高，对木制家具、汽车的增长，建筑防水的需求，以及石油化工、造船业的发展，桥梁机械行业和其他行业，聚氨酯涂料进入一个快速发展的时期，聚氨酯涂料的生产固体含量有所增加，TDI的消费量约5万t，产量仅次于醇酸树脂漆、酚醛树脂漆、丙烯酸树脂漆，它已成为第四大涂料。2007，在中国的聚氨酯涂料的产量达到约50万吨。

目前我国聚氨酯涂料的主流是一种双组分聚氨酯涂料，主要用于木质家具的涂料。二是单组分聚氨酯涂料，以聚氨酯为基材，可生产清漆和彩漆。以HDI为固化剂，以丙烯酸聚氨酯涂料为国内汽车修补漆，主要应用于小型客车和轻型客车的应用，具有良好的市场前景。此外，不同种类的丙烯酸聚氨酯涂料也可用于汽车、家电、火车等高档装饰领域。聚醚聚氨酯地板涂料、聚醚聚氨酯机械涂料、有机硅聚氨酯涂料、聚氨酯弹性涂料等特殊聚氨酯涂料也正在开发中。

2.化学成分和性能特点

目前国内TDI加成物产品的色泽、产品粘度和涂料性能均达到国外水平，但产品中残留TDI单体相对较高。调整配方和工艺以减少产品中的残余TDI含量。据媒体报道，日本旭化成公司使用多元醇与HDI反应制备HDI化合物。涂层弹性好，即使在零下30度，也能保持良好的柔韧性，可用于橡胶涂层。HDI主要用于制备缩二脲，如德國拜耳、巴斯夫等公司生产此类产品。HDI二脲主要用于汽车维修。大型客车、飞机、建筑物和高级木制品需要更好的耐候性和保护性。HDI两种聚合物本身并不稳定。如果使用特殊催化剂，也可以合成HDI两种聚合物。主要用于高固含量涂料的制备。它已被应用于汽车涂料，其性能优于HDIbiuret。聚氨酯双组分树脂的成膜过程为：主剂（-OH）固化剂（NCO）。聚合物的两个组成部分与形成薄膜的化学反应发生反应。因此，在实际施工中，不得随意增减固化剂的份量，增多会使涂膜发脆、易起泡等；减少会使涂膜发软、不干、硬度不够、耐划伤性不好。。在市场上，该产品也有单一的PU漆，它是用含-NCO基团的树脂吸收空气中的水汽（-OH）来进行反应，其固化机理是一样的。固化机理是相同的。其优点是：硬度高，耐磨性好，耐热性好，耐水性好，固体含量50%～70%，饱满度好，施工效率高，涂装成本低，适用范围广。大约60%的油漆被用于国家家具行业。聚氨酯涂料是由聚异氰酸和多羟基化合物的反应制备而成，不经烘烤而达到涂料的性能。

3.聚氨酯涂料的应用

3.1聚氨酯金属防腐蚀涂料

聚氨酯涂料具有耐候性好、保光性好、颜色稳定性好、耐腐蚀、耐酸、低温施工、涂层覆盖面广、易修复、涂层柔韧性好、延性好、抗冲击性好、抗震效果好等优点。其优良的综合性能使其广泛应用于防腐工程。由于聚氨酯涂料具有优异的耐候性和装饰性，在重防腐体系中也得到了应用。

3.2建筑材料中聚氨酯涂料

地坪涂料也被称为地板漆，由于聚氨酯涂料附着力和耐磨性优良，且光亮丰满，近年来用作地板漆亦有较大的发展。但由于异氰酸酯是合成化合物中的残留物，这种有毒物质对人体有害，限制了聚氨酯在地板涂料中的应用。因此，开发环保型聚氨酯地板涂料已成为一个重要的趋势。以溶剂为基础的脂肪族聚氨酯作为外墙涂料的应用，与乳胶漆相比比较小。其优良的耐候性、易清洗性和耐化学性已被应用于高档建筑、工厂、公共场所的外墙。新一代双组分聚氨酯系统可以消除溶剂的约束，在高性能的前提下调整自身性能。它更适合使用公共场所和特殊的洁净建筑，对VOC有一定的限制。

3.3聚氨酯木器涂料

随着人们生活水平的不断提高，木家具行业近年来对木家具产业的发展提出了更高的质量要求。木器家具主要有酸固化漆、聚氨酯漆、硝基漆、不饱和聚酯漆、丙烯酸漆和水溶性涂料。传统木器漆中硝基漆的溶剂含量在80%左右，酸固化涂料是用来释放甲醛的，不适合环保聚氨酯木器家具涂料由单一品种迅速向多品种、系列化或配套产品发展，包括开发聚氨酯清漆、磁漆、木器封闭底漆及专用助剂和稀释剂等，出现了各种美术漆、高光、亚光及无光面漆、银珠银光面漆、金属闪光漆等，其他系列高固，减少公路建设数量，室温干燥快，涂层光滑丰满，可使木材的外观，增强天然纹理，也更好地提高木制品及模具性能的耐水性和耐磨性，已成为首选的高档家具漆。

3.4聚氨酯防水涂料

防水涂料是指涂料的一种，它具有防潮、防漏保护膜及其组件不受水的侵蚀破坏。水性聚氨酯由于具有良好的综合防水性能而越来越受到人们的重视。它已成为防水涂料领域的一个新的发展方向。水性聚氨酯具有优异的耐磨性、柔韧性、流动性、机械性能及耐化学品性，同时还有光亮、附着力强等优良性能，既有效避免了溶剂型聚氨酯体系中有毒、易燃挥发性有机化合物（VOC）的排放，又具有不燃、无毒、不污染环境、节约能源等优点。附着力强，能有效地避免有毒，易燃易挥发的溶剂型聚氨酯的有机化合物（VOC）的排放量，具有不燃、无毒、对环境无污染，节约能源等。水性聚氨酯乳液可在丙烯酸乳液体系中复配。然后将该体系与无机粉体（水泥水化、固化）相结合，形成高强度高韧性聚合物水泥防水涂料。水性聚氨酯乳液的改性乳化沥青也可以。通过改变增容剂及其助剂的用量，可以解决水性聚氨酯聚氨酯涂料的热脆性和价格高的问题。

4.发展趋势

重视水性建筑涂料的发展。由于溶剂型涂料对环境和人体健康造成的巨大危害，世界各国都十分重视水性建筑涂料的发展，制定严格的法律法规，严格限制建筑涂料中挥发性有机物的含量。目前，溶剂型建筑涂料的比例越来越小。由于水性建筑涂料的特点是工艺先进，工艺简单，能耗低，排放低，安全，水性涂料的建筑涂料已成为建筑涂料未来发展的必然趋势，具有广阔的发展前景。例如，建筑防水涂料将发展为弹性、耐酸、耐碱、隔音、密封和抗裂。如聚氨酯防水涂料、厚保温防水涂料、氯丁橡胶防水涂料等，进一步完善TDI固化剂的多样化和系列化，开发一系列MDI涂料。MDI的蒸汽压比低于TDI，涂层产品毒性低，硬度低。可将水性聚氨酯乳液复合于丙烯酸乳液体系中，然后将此体系与无机粉料（水泥水合固化）交联固化复合形成高强度、高韧性的聚合物水泥防水涂料。还可将水性聚氨酯乳液改性乳化沥青，利用对相容剂及其助剂的选择用量的改变来解决沥青热淌冷脆和水性聚氨酯涂料价格较高等问题。

5.结论

随着溶剂型聚氨酯涂料在人类和生态环境中的应用越来越广泛，有必要采用绿色涂料取代溶剂型涂料。水性聚氨酯涂料具有经济、节能、环保、安全等特点，符合时代要求，值得推广应用。绿色涂料的开发与推广已成为二十一世纪涂料发展的主要方向。

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