水性漆发展及单组份聚氨酯水性漆的合成及应用.doc

水性漆发展及单组份聚氨酯水性漆的合成及应用
摘要：水性聚氨酯由于其优异的性能在涂料领域得到了广泛的研究和应用。综述了水性聚氨酯涂料的主要特点，简单介绍了防腐、防水、防霉杀菌、阻燃和抗涂鸦水性聚氨酯涂料的特点和研究进展。介绍了单组分聚氨酯涂料的合成及应用，并指出功能水性聚氨酯涂料未来的发展方向。
关键词：水性漆；单组份；水性聚氨酯；应用

水性涂料用聚合物乳液是以含亲水基团的功能性单体/表面活性剂作为（自）乳化剂，通过乳液聚合或分散体合成等方法制备的水性高分子聚合物。它可以根据功能进行分子结构和乳胶粒构型设计，不仅具有优良的物理和化学性能，而且还健康环保，节省资源与能源，是环境友好型化学品，并作为基础树脂，广泛应用于水性涂料、胶粘剂、织物整理剂、皮革涂饰剂、纸张和纤维表面处理剂等精细化工领域。
1功能性水性聚氨酯涂料
1.1防腐蚀水性聚氨酯涂料
材料与周围介质发生化学或电化学作用生成氧化物而丧失或减退其原有性能现象称为腐蚀。针对金属腐蚀，最常用的是涂层防腐。
防腐蚀水性聚氨酯[1]多为单组分聚氨酯,它可低温固化,并且具有突出的耐酸碱性、耐油、耐盐水耐磨、抗冲击、抗应变等性。、水性聚氨酯由于以水为分散剂，膜的耐水、耐化学性和耐溶剂性较差，要达到防腐蚀的性能，要加以改性，用的改性材料为环氧树脂和丙烯酸树脂。环氧树脂除了含有环氧基团外,还含有羟基基团,能直接参与水性聚氨酯的合成反应；环氧改性水性聚氨酯涂料具有许多优异的性能；涂膜不仅附着力强，且具有极好的耐油、耐酸、碱、耐盐水、耐水和耐溶剂性；烯酸改性水性聚氨酯涂料是一类兼具水性丙酸涂料和水性聚氨酯涂料优点的新型涂料,具有优异的耐候性,自增稠性好、固含量高。
1.2防水水性聚氨酯涂料
聚氨酯防水涂料按照分散介质的不同可以分为溶剂型防水涂料、无溶剂型防水涂料和水性防水涂料。在制备水性聚氨酯时,为了使聚氨酯树脂在水中充分分散,通常对聚氨酯树脂进行亲水改性,引入大量的亲水基团,导致其吸水率增大,从而使涂料的耐水性变差,遇水容易发生溶解或溶胀[2].为了提高水性聚氨酯防水涂料的耐水性,有效方法是使水性聚氨酯与其他树脂复合改性,常用的改性树脂有丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂等。
1.3防霉杀菌性水性聚氨酯涂料
水性聚氨酯涂料含有高分子树脂、颜填料、助剂和水等多种物质,为微生物的生存提供了充足的营养物质条件，此极易受到微生物的污染。受污染的水性聚氨酯涂料会发生霉变、变质，产生色变，丧失了对基材的保护作用。有效的解决方法是在水性涂料中添加适量的防霉杀菌剂，抑制微生物的生长与繁殖，护涂料与涂层不受破坏[3]。制备防霉杀菌性水性聚氨酯涂料时，一种方法是以物理掺合的方式将防霉杀菌剂直接加到涂料中去，常用的防霉杀菌剂为银、纳米TiO2和纳米ZnO等无机抗菌剂[4]。制备防霉杀菌性水性聚氨酯涂料的另一种方法是将防霉杀菌剂通过化学反应固定在涂料树脂的分子上，成为树脂的一部分，从而使涂料达到防霉杀菌的效果,最大限度的发挥药效。目前用于此法的防霉杀菌剂主要为有机杀菌剂,其具有杀菌力强、杀菌高效、广谱杀菌、制备技术成熟等优点，常用种类有季铵盐类、酚类、吡啶类、哌三嗪类。此类抗菌剂是通过化学反应，与细菌和霉菌的细胞膜表面阴离子相结合或与巯基反应，破坏蛋白质和细胞膜的合成系统,使蛋白质变性、代谢受阻,从而起到杀菌、防腐及防霉等作用。
1.4阻燃水性聚氨酯涂料
阻燃涂料是通过将阻燃剂加入到涂料中制得的,按照燃烧特性,可将阻燃涂料分为膨胀型阻燃涂料和非膨胀型阻燃涂料。非膨胀型阻燃涂料涂层自身难燃或不燃,在火焰或高温下释放出灭火性气体，以便冲淡、覆盖和捕获因受热而分解的易燃气体和空气中的氧气,从而隔绝空气，达到防止或延滞基材着火燃烧。膨胀型阻燃涂料在火焰或高温下，阻燃剂催化可燃物发生膨胀、炭化以及脱水作用，形成均匀致密的海绵状或泡沫状炭质层,炭质层的绝热性能好,能够阻碍热的传导和隔绝空气，阻挡外界火源对基材的直接加热作用，涂层组分在发生物理化学变化时吸收大量热量以及释放出水、氨等不燃性气体降低了氧气浓度,是真正有效的阻燃涂料[5]。
目前阻燃涂料的研究主要集中在开发一些高性能或环保型产品中,其中研究较多的是水性膨胀型阻燃涂料,尤其是水性聚氨酯膨胀型阻燃涂料。水性聚氨酯膨胀型阻燃涂料由基料树脂、脱水剂、炭化剂、发泡剂以及颜填料和助剂等组成,影响阻燃性能的主要是基料树脂以及阻燃添加剂。
1.5抗涂鸦水性聚氨酯涂料
抗涂鸦涂料多为聚氨酯涂料，主要是因为聚氨酯涂料硬度高，耐磨且持久，涂鸦易清洗。涂鸦有油性亦有水性，涂膜必须同时具备良好的憎水性和憎油性；为了能够用简单擦拭的方法去除涂鸦，涂膜表面应平整光滑，表面吉布斯自由能低。提高涂膜的抗涂鸦性主要是通过改善涂膜的表面性质使之对污染物难以吸附并容易除去，以及提高涂膜的