树脂对改进水性涂料性能的研究

王广存

(山西东方红制漆有限公司，山西 太原 030045)

引 言

近年来，随着地球环境的日益恶化，雾霾问题越来越严重，人们越来越重视环保。与此同时，各国先后制定了各种关于环境保护的相关法律法规以及对相关设备、物质的排放提出了相应的标准要求。涂料作为人们生产生活中必不可少的材料之一，对其有机挥发物也提出了新的要求，首要标准为该涂料为环境友好型涂料。在众多的涂料中，以水性涂料的环保性能为最佳，且已经在工业的各个领域中得到重视并被研究[1]。水性涂料以水为介质，不含苯、甲醛等有害物质，在制作过程中可节约大量的资源。目前，水性涂料被广泛应用于机车、船舶、桥梁、军工、家装以及机电等各个领域。

水性涂料中不同的添加剂能够从不同程度、方面等增强其性能。水性涂料在制作过程中常添加聚氨酯、助剂以及颜料等改善其性能。目前水性聚氨酯由于其较强的耐磨损性、低温柔韧性、耐化学性以及防腐性等性能将逐步取代溶剂型聚氨酯在水性涂料的应用。本文将以聚氨酯为研究对象，分析树脂对水性涂料性能的改进。

1 树脂在水性涂料性能的改进

传统溶剂型聚氨酯涂料由于其在使用过程中会存在有机溶剂释放破坏环境、污染大气层等问题，在环保要求的新形势下聚氨酯水性涂料逐步取代传统溶剂型聚氨酯涂料。然而，聚氨酯水性涂料存在固含量低、硬度低以及耐溶剂性等缺点[2]。因此，在聚氨酯水性涂料的制作过程中常采用可再生资源改性、多元复合改性等办法对其耐水性、耐热性以及力学性能进行改善。

1.1 可再生资源改性

植物油作为成本低、可降解的可再生资源，将其氧化可制得环氧大豆油分子，该分子结构中包含环氧基。其中，环氧基可与涂料中的氨基发生化学反应生成黏合剂、涂料及油墨用树脂；此外，环氧基还能够制得水性聚合物。比如，将环氧基引入至水性聚氨酯中可得到水性聚氨酯乳液。该乳液颗粒的直径较大，对其拉伸强度和耐热性具有明显提升效果。但是，环氧基在水性聚氨酯涂料中的添加使得原涂料的稳定性和断料伸长率降低。

此外，亚麻油在水性涂料制作时的应用可有效提升水性聚氨酯的耐水性和耐热性等。经实践证明，当亚麻油的添加量控制在20%左右时对水性聚氨酯的改善效果达到最佳，其力学性能也最佳。

1.2 多元复合材料的改性

多元复合材料指的是，在水性涂料的制备过程中加入两种或者两种以上的树脂，对水性聚氨酯涂料达到多元复合改性的目的，并使得水性涂料的综合性能得到提升，进而使其能够应用于更加广泛的行业和领域[3]。目前，多元复合材料的改进主要体现在以下两个方面。

1) 将甲苯二异氰酸酯、聚己二酸丁二醇酯以及二羟基丙酸以及KH-550为改进剂所制得的水性聚氨酯涂料能够使其拉伸强度和断裂伸长率得到明显提升。唯一不足的是上述多原料复合材料的吸水率低于原涂料。

2) 将蓖麻油和环氧树脂两种原料应用于水性涂料后所制得的水性聚氨酯涂料乳液颗粒呈球状且大小均匀。经试验表明，采用上述方法所制得的水性聚氨酯涂料具有优良的热稳定性和机械性能，且蓖麻油的比例为5%、环氧树脂的比例为6.9%时所得的水性聚氨酯涂料的性能为最佳。

2 水性聚氨酯涂料的应用

2.1 水性聚氨酯涂料在汽车领域的应用

水性聚氨酯涂料由于其优良的耐磨性、弹性、硬性以及美观装饰性被广泛应用于汽车涂料中。具体表现如下。

1) 随着汽车对轻量化的要求越来越高，塑料制品在汽车零部件的使用量也不断增加。水性聚氨酯涂料在塑料制品上的应用除了可以提升汽车零部件的耐磨性、耐腐蚀性、耐划性外，还能够改善塑料制品的美观性[4]。

2) 一般的汽车车身表面涂料包括有底漆、中涂漆以及面漆。其中，底漆要求具有较强的附着力和丰满度；因此，常采用水性聚氨酯电泳漆和水性封闭多异氰酸酯树脂电泳漆作为汽车车身的底漆。中涂漆要求能够与底漆和面漆完美契合；鉴于水性聚氨酯具备坚硬和柔软的双重特性被应用于中涂漆中。面漆作为车身最外一层漆，除具有保护、美观的要求外还需具备耐候性、耐化学品性等功能；鉴于双组分水性聚氨酯涂料的各种特性满足面漆的要求，因此其被广泛应用于汽车车身的面漆中。

综合所述，就汽车车身而言采用双组分水性聚氨酯涂料作为车身面漆，采用水性聚氨酯涂料作为车身中涂漆，采用水性聚氨酯电泳漆和水性封闭多异氰酸酯树脂电泳漆作为车身底漆。

2.2 水性聚氨酯涂料在铁路领域的应用

近年来，随着高速铁路的不断发展，火车的速度越来越高，进而对其各个部位应用的涂料性能提出了更高的要求和挑战。具体体现如下。

1) 高速行走的列车对其车厢的涂料的附着性、耐腐蚀性等提出了更高的要求。国内学者以部分颜填料、SIO2以及助剂等应用于水性聚氨酯涂料中获取了综合性能更优越的双组分水性聚氨酯涂料。经研究表明，所制得的双组分水性聚氨酯涂料还可应用于地铁车厢、风电叶片等领域。此外，以水性丙烯酸树脂和水性聚异氰酸酯所制得的水性聚氨酯亚光面漆已经成功应用于列车零部件中，验证了水性聚氨酯涂料在列车中应用的可行性[5]。

2) 铁路桥梁作为铁路运输的枢纽，水性涂料主要应用于钢桥、混凝土桥等环节。其中，针对钢桥而言对涂料要求有较强的防腐功能；对于混凝土桥而言对涂料要求有将强的防护和防水功能。经实践表明，传统水性聚氨酯涂料的耐水性较差、成膜时间较长等缺陷。经研究，将改性的氧化锌与油酸应用于传统水性聚氨酯涂料中可改善其耐腐蚀性和耐水性。

2.3 水性聚氨酯涂料在其他领域的应用

1) 在船舶中的应用。船舶领域对涂料的防腐性能要求特别高，将水性聚硅氧烷-氨酯-脲等多元复合材料在水性涂料中的应用可大幅度提升其柔韧性、附着力以及耐腐蚀性等。

2) 在飞机中的应用。飞机飞行过程中的环境非常恶劣，要求应用于飞机的水性涂料在满足轻量化的要求下，还需满足更加苛刻的要求。经研究表明，双组分水性聚氨酯涂料可在飞机领域中推广应用。

3 总结

水性涂料作为如今应用作为广泛的涂料之一，为了确保其能够应用于更加广泛的领域，对其性能提出了更高的要求和挑战。在多年的发展历程中，水性聚氨酯已经成为改进水性涂料性能的重要原材料。而目前水性聚氨酯还未充分发挥其性能，仅仅将改进后水性聚氨酯涂料应用于汽车、飞机、船舶以及铁路等领域。因此，未来我国应加强对树脂改善水性涂料性能方面的研究，实现我国水性涂料的智能化、功能化以及绿色化。