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水性聚氨酯涂料的应用及研究进展

2020-05-19 14:51:16 administrator 0

  传统的溶剂型聚氨酯薄膜由于具有耐磨、耐溶剂、机械强度高等优点,在工业上得到了广泛的应用。然而,在溶剂型聚氨酯的生产和使用过程中,会释放出许多有害物质,对人体健康造成危害,因此水性聚氨酯(WPU)的开发逐渐成为热点。自20世纪70年代以来,德国拜耳公司将亲水组分引入聚氨酯链中,实现了聚氨酯分子链在水中的自乳化,获得高性能的WPU乳液,使WPU涂料的研发进入了一个快速的时期。WPU使用水代替有机溶剂来降低成本,同时保留了传统PU的一些优点。提高了涂膜的耐高/低温、耐磨性等性能,降低了VOC含量。因此,广泛应用于集装箱、木材、汽车、皮革等行业。据统计,我国已成为世界上最大的WPU消费市场,但我国市场在WPU涂料的销售质量和市场占有率上与国外产品相比并不具有竞争力,因此对WPU的开发和应用具有重要意义。

  工业用WPU涂料的应用

  工业涂料广泛应用于交通运输、集装箱、塑料、木家具、皮革等行业。

  1. 1汽车漆

  汽车涂料对装饰和防护性能有较高的要求。汽车用WPU涂料主要是由脂肪族异氰酸酯和多元醇作用而成。朱德勇等通过对成膜树脂、铝粉和添加剂的选择,完成了汽车修补漆用WPU涂料的研究,该涂料在外观、配色、施工等方面均可替代溶剂型涂料,具有良好的使用价值和行业市场前景。高速列车对车厢表面涂层的高附着力、高柔韧性、耐化学性、高耐候性、抗风沙性、耐磨性和不可燃性能有严格的要求,并且便于施工,因此对膜材料的优化尤为重要。WPU涂料的快速发展可以满足高速列车对车厢的严格要求,在起到保护作用的同时降低成本。Zhi J等采用uv固化方法对WPU涂料进行改性,同时引入了丙烯酸羟乙酯改性方法,提高了WPU的交联密度,使其耐热性和耐磨性得到提高,具有较强的使用性。刘承楼合成的双组分WPU乳液以纳米sio2为改性剂。当纳米二氧化硅的质量分数为2%-3%时,相应的涂层膜具有良好的耐候性、耐溶剂性、柔韧性和低VOC含量,可用于高速列车车厢和汽车涂料,具有广阔的市场前景。

  1.2海洋涂料

  船舶底部长期浸泡在海水中,降低了设备的使用寿命。因此,有必要使用保护层来保护船舶。WPU具有优异的耐腐蚀性和耐沾污性。王颖等在丙烯酸酯改性聚氨酯的基础上,将中空玻璃球、纳米丙烯酸酯胶粉和乳液混合,制备出一种新型船舶环境降噪涂料。结果表明,当空心玻璃球和其他材料在涂料应用于衬底的质量分数为25%,降噪的性能,耐水、阻燃、环保等都能满足设计要求:海水浸镀不会脱落或裂纹为6个月,和减振性能是5.0×105倍。王晓等开发了一种用于船体的水基太阳能热反射WPU涂料。结果表明,双组分聚氨酯薄膜的反射性能优于单组分聚氨酯薄膜,提高了涂料的耐水性和耐混合性能,可替代溶剂型聚氨酯涂料在飞机和其他舰船表面的应用。

水性聚氨酯树脂

  1.3集装箱油漆

  随着国际集装箱标准化委员会对集装箱涂料环保标准的不断提高,脂肪族WPU涂料在集装箱涂料中的比重逐年增加,其优异的耐候性和装饰性使其在集装箱涂料中的比重逐年增加。

  陈中华等以WPU 为主要成膜物质,利用防腐性能优异的苯丙乳液对其进行共混改性,并加入磷酸锌无毒防锈颜料,制备出了一种综合性能优异的集装箱专用WPU 外用面漆。结果表明,当丙烯酸树脂的混入质量分数为20%,漆膜耐水性较优,其耐冲击性能为50 cm、硬度为2H,满足集装箱涂料行业标准。

  1. 4 塑料涂料

  塑料因质轻、易加工、资源丰富等特点,已广泛替代了传统材料。塑料成型后,其表面易出现瑕疵,如老化变脆、划痕、沾污等问题,故装饰性要求高的塑料产品均需进行涂饰。但水对塑料表面的润湿性差,不利于涂料的粘附。因而随着塑料涂料向功能化和环保化方向发展,对WPU 涂料提出了更高要求。

  林晓琼等选用WPU 为成膜物质,研究了硅烷偶联剂、氮丙啶交联剂等助剂的用量对涂膜性能的影响,该涂料直接应用于ABS 塑料且具有优异附着力、柔软润滑手感、柔和的光泽和良好耐划伤性,具有较好的实用价值。邓三军等通过引入双官能团单体甲基丙烯酸-β-羟乙酯( HEMA) ,将双键引入聚氨酯链中,再与苯乙烯单体乳液聚合制备了交联型PU-聚苯乙烯( PS) 核壳复合乳液。研究表明,随着PU 与PS 质量比的增大,涂膜对高抗冲击聚苯乙烯( HIPS) 塑料基材的附着力增加,当PU 与PS 质量比为4∶ 5、HEMA 为PU 质量分数的6% 时,涂膜对HIPS 基材附着良好。

  1. 5 皮革涂料

  涂饰是皮革制造过程中的重要环节,涂饰可增加皮革美观和耐用性能,提高皮革档次和扩大适用范围。用WPU 涂料涂饰后,漆膜具有良好的耐磨性、透气透湿性、弹性和耐寒性,不易脆裂,易于

  清洁。

  许 志等用含氟水性丙烯酸酯接枝改性WPU涂料并应用到作为合成革的表面涂饰。结果表明,含氟WPUA 的合成革表面涂膜具有良好的剥离强度、撕裂强度等机械性能; 耐磨、耐溶剂、耐水解性能也与传统的溶剂型聚氨酯合成革表面涂膜相近。

  1. 6 木器家具涂料

  木器家具涂料对装饰性和环保要求较高,需要易于施工,且木材膨胀系数较大,对柔韧性、耐化学试剂、耐磨、耐温性能也有一定的要求。WPU 涂料可满足木器家具对涂料的要求。

  Chang C W 等研究了以异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯( HDI) 以及用聚乙二醇改性的聚异佛尔酮二异氰酸酯等为固化剂组分,丙三醇改性的蓖麻油为多元醇组分的双组分WPU 涂料的性能。结果表明,当nNCO /nOH为1. 5,含有HDI 双组分WPU 涂料拥有最佳性能,其硬度高、耐冲击性好,耐磨性、耐候性较佳,制漆时只需加入少量助剂,符合环保要求,可制备高级环保木器涂料。


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