水性聚氨酯涂料综述.pdf

水性聚氨酯涂料综述

1水性聚氨酯涂料的发展历程

聚氨酯涂料具有优异的耐磨蚀、柔韧性、附着力和耐化学品性等性能，
广泛用作木器漆、建筑涂料、汽车漆及防水涂料等。但由于溶剂型涂料含
有大量有机溶剂，严重污染环境，特别是溶剂型双组分聚氨酯中的残留异
氰酸酯单体，毒性极高。随着人类生活质量的提高，环保法规也越来越严

格，各种环保条例对挥发性有机化合物(VOC)的排放量、有害溶剂的含量
都有严格限制。而水性聚氨酯由于其以水为分散介质，不仅具有无毒、不
易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点；同时还具有溶剂型聚氨酯
的一些重要的性能特征，水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力

强、耐腐蚀、耐溶剂好等优点与水性涂料的低VOC含量相结合，符合发展
涂料工业的“三前提”(资源，能源，无污染)及“四E原则”(经济
ECONOMY，效率EFFICIENCY，生态ECOLOGY，能源ENERGY)和日益强化的

时代要求相适应。因此近年水性聚氨酯涂料获得了广泛的应用。

聚氨酯从20世纪30年代开始发展,而在40年代才有少量水性聚氨酯

的研究,1943年德国化学家Schlack在乳化剂及保护胶体存在下,将二异
氰酸酯在水中乳化首次成功制备出聚氨酯乳液。1953年DuPont公司的
研究人员将二异氰酸酯基团聚氨酯预聚体的甲苯溶液分散于水,用二元胺
扩链,合成了水性聚氨酯。但是当时聚氨酯材料科学刚刚起步,水性聚氨酯
还未受到重视,直至1967年才首次工业化,1972年拜耳公司正式将聚氨
酯水分散体作为皮革涂料进行大批量生产。20世纪七八十年代,美、德、
日等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为实际生产和应用,一些

公司有多种牌号的水性聚氨酯产品供应,如德国Bayer公司的
DispercollKA等系列、美国Wyandotte化学公司的X及E等系列、日本
光洋产业公司的水性乙烯基聚氨酯胶黏剂KR系列等等。自20世纪90年
代后期,水性聚氨酯的应用领域开始不断拓宽,在PVC黏结、汽车内饰件、

涂层、涂料等方面都有一定的工业化应用。

我国从1972年开始研究水性聚氨酯,20世纪90年代,安徽大学、丹

东轻化工研究院、成都科技大学(现四川大学分部)等的PUD技术成果都先
后被转化[5]。目前,我国已有不少领域应用水性聚氨酯产品,但其中许多
高档产品仍然不能自给,因此自主研发高性能水性聚氨酯就成为国内聚氨

酯领域最热门的方向之一

2水性聚氨酯涂料的改性

为了更好地提高水性聚氨酯涂料的综合性能,克服其自身存在的耐水
性差、固含量低等缺点,扩大其应用范围,近年来改性水性聚氨酯研究已成
为一大热点,许多研究学者进行了深入的研究,改性方法也日新月异。根据
改性剂不同,水性聚氨酯乳液的改性主要有环氧树脂改性、有机硅改性、

有机氟改性、丙烯酸酯改性、纳米材料改性、复合改性等。

2.1环氧树脂改性

环氧树脂(EP)具有许多优良的性能,如易固化、机械强度高、粘附力
强、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性好、成本低,还具备高模量、
高强度和热稳定性好等特点,经环氧树脂改性的水性聚氨酯其力学性能、
黏结强度、耐水、耐溶剂等性能都会得到提高。文秀芳等[6]制备了防腐

涂料用环氧改性水性聚氨酯,环氧树脂的加

入显著地提高了涂膜的耐水性、耐化学品性、硬度和拉伸强度,其适
宜的用量为8%-9%,并通过傅立叶红外光谱研究分析了涂膜的氢键化行为。

不同的改性方法制备的环氧改性聚氨酯会具有不同的性能。
2.2有机硅改性

有机硅聚合物分子结构中含有元素硅,具有耐低温、耐气候老化、电
绝缘、耐臭氧、生理惰性许多优异性能。有机硅改性水性聚氨酯以弥补水
性聚氨酯耐水性稍差的缺陷,使改性聚氨酯表现出良好的憎水性、表面富

集性、低柔顺性和优良的生物相容性。

2.3有机氟改性

由于氟原子半径小,电负性强、碳氟键的键能高,因此赋予了氟涂料极
好的耐辐射性、柔韧性、耐磨性、高抗张强度、高耐候性、耐化学品性
[7],已经在建筑幕墙涂料、耐酸雨涂料、耐温防腐涂料、防污涂料和汽车

面漆方面得到应用。

2.4丙烯酸酯改性

丙烯酸酯改性水性聚氨酯可以将聚氨酯较高的拉伸强度和抗冲强度、
优异的耐磨性与丙烯酸酯树脂良好的附着力、耐候性有机结合,可制备高

固含量、低成本以及达到使用要求的WPU[8]国外学者已对聚氨酯-丙烯酸
酯(PUA)复合乳液进行了较多的研究开发,国内近年也有研究者对复合乳液
进行了探索性研究。曾小君等[9]采用共混法制取PUA,发现共混改性的涂

膜性能有一定提高。

3水性聚氨酯涂料的应用

高性能与低VOC含量相结合的水性聚氨酯涂料具有广阔的应用前景。
涂膜干燥时间短、外观好、耐溶剂性好的水性聚氨酯涂料在木器涂料领域
占有大量的市场份