聚氨酯涂料的發(fā)展趨勢(shì)及其應(yīng)用前景分析

　　聚氨酯涂料(PU)以其優(yōu)異的粘結(jié)性，耐摩擦性、高光澤度等優(yōu)良性能在涂料行業(yè)中占有非常重要的位置，深受市場(chǎng)和廣大消費(fèi)者親睞。簡要介紹了聚氨酯涂料的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，分別闡述了聚氨酯汽車涂料、聚氨酯木器涂料、聚氨酯防腐涂料及聚氨酯塑料涂料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。1·聚氨酯涂料的應(yīng)用和發(fā)展

　　聚氨酯技術(shù)早在德國興起，1937年，奧托拜耳先生發(fā)明聚氨酯，奠定了聚氨酯化學(xué)的基礎(chǔ)，開發(fā)出適合不同用途需要的聚氨酯技術(shù)。自1955年以來，拜耳公司已把各種單體和聚合的異氰酸酯、聚酯、聚醚及丙烯酸酯應(yīng)用于聚氨酯涂料的生產(chǎn)中。1965年抗褪色雙組分聚氨酯涂料應(yīng)用于飛機(jī)和火車機(jī)身;1987年Bayhydrolò作為水性成膜物使用;1994年Bayhydurò和Bayhydrolò作為水性雙組分聚氨酯體系投入使用。

　　聚氨酯漆即聚氨基甲酸酯漆。它漆膜強(qiáng)韌，光澤豐滿，附著力強(qiáng)，耐水耐磨、耐腐蝕性優(yōu)良。被廣泛用于高級(jí)木器家具，也可用于金屬表面。

　　由于聚氨酯多方面的優(yōu)異性能。在中國用于涂料工業(yè)的聚氨酯(不包括建筑涂料)所占的比例已經(jīng)超過25%。

　　聚氨酯涂料在木器涂料工業(yè)中占主導(dǎo)地位，占到75%的市場(chǎng)份額，緊接著是汽車修補(bǔ)漆，占40%多。聚氨酯技術(shù)在防腐涂料、塑料涂料和汽車原廠漆方面的應(yīng)用也越來越廣，占10%的市場(chǎng)份額。近年來，聚氨酯涂料正以15%的增長率在增長。

　　聚氨酯漆是以多異氰酸與多羥基化合物反應(yīng)而制得，它不烘烤也能達(dá)到烘烤漆的性能。涂膜堅(jiān)硬耐磨，耐化學(xué)腐蝕，耐油、耐溶劑、穩(wěn)定性突出，漆膜光亮豐滿，可用于高級(jí)轎車作表面涂層。

　　聚氨酯雙組份樹脂合成涂料的成膜過程是:主劑(-OH)固化劑(-NCO)兩組份中的高分子化學(xué)成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而成膜。因此在實(shí)際施工中不得隨意增減固化劑的份量，增多會(huì)使涂膜發(fā)脆、易起泡等;減少會(huì)使涂膜發(fā)軟、不干、硬度不夠、耐劃傷性不好。在市場(chǎng)銷售的產(chǎn)品中也有單組份的PU漆，它是用含-NCO基團(tuán)的樹脂吸收空氣中的水汽(-OH)來進(jìn)行反應(yīng)，其固化機(jī)理是一樣的。其優(yōu)點(diǎn)是:硬度高，耐磨、耐熱、耐水性好，固含量50%-70%，豐滿度好，施工效率高，涂裝成本低，應(yīng)用范圍廣。在全國家具界使用此類涂料約占60%左右。缺點(diǎn)是:施工環(huán)境要求高，漆膜損壞不易修復(fù)，配漆后使用時(shí)間受到限制，層間必須打磨，配比要求嚴(yán)格。

　　選擇稀釋劑，很多人憑借經(jīng)驗(yàn)，事實(shí)上，稀釋劑的選用是很有竅門的，一種好的稀釋劑基本條件有二個(gè):一是針對(duì)不同施工要求，其揮發(fā)速率、溶解能力要合適。二是稀釋劑中不能含有與-NCO基反應(yīng)的物質(zhì)。譬如酸、醇類及水分。

　　水分的存在是產(chǎn)生氣泡的原因之一，其危害還存在于工藝上，以水與TDI為例，它們之間能反應(yīng)生成胺類物質(zhì)并引發(fā)連鎖反應(yīng)。

　　水分的存在嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。

　　汽車修補(bǔ)漆用的水性雙組分聚氨酯涂料的含羥基組分中通常要加入流平劑、消泡劑、催化劑、光穩(wěn)定劑、增稠劑和有機(jī)共溶劑等助劑，再與多異氰酸酯組分混合后加水調(diào)整黏度，用噴涂法施工。水乳化型聚氨酯雙組分涂料的性能，如干燥時(shí)間、光澤、硬度和耐溶劑性基本上達(dá)到了溶劑型涂料的要求。文獻(xiàn)報(bào)道，催化劑的量增加，不粘時(shí)間和全干時(shí)間減少，而涂料的物理性能(柔韌性和硬度)不變;7d后，漆膜已經(jīng)得到高度交聯(lián)，有非常好的耐溶劑性，能超過200次甲乙酮雙面擦拭;涂料的不粘時(shí)間和全干時(shí)間與-NCO/-OH的比例無關(guān);隨著異氰酸酯交聯(lián)劑黏度的增加，漆膜的擺桿硬度增加，耐溶劑性相應(yīng)增加。

　　無溶劑環(huán)氧聚氨酯涂料主要以改性聚氨酯樹脂作為主要成膜物，利用活性稀釋增韌劑實(shí)現(xiàn)無溶劑化，賦予涂層良好的粘接力，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能。鱗片狀填料的加入不但能提高涂層的機(jī)械性能，還能夠起到良好的涂層屏蔽作用，具有良好的防腐作用。

　　無溶劑環(huán)氧聚氨酯涂料具有強(qiáng)度大，固體含量高、防蝕性能好、耐老化性能優(yōu)良、施工工序簡單、能抵抗水及各種酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的侵蝕、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。適用于各種大氣環(huán)境下鋼鐵及其他金屬或非金屬設(shè)備的腐蝕防護(hù)與裝飾。

　　2·聚氨酯汽車涂料

　　汽車涂料要求漆膜有較好的光澤、快干、良好的耐水性、耐溶劑性和耐老化性。汽車修補(bǔ)漆還必須能夠低溫固化，而雙組分聚氨酯涂料正好能滿足這些要求。由丙烯酸酯多元醇和多異氰酸酯組成的雙組分聚氨酯涂料，能室溫或低溫烘烤固化，可用在汽車的金屬、塑料、木材以及其它底材上。這類涂料使用了較多的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，因此對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。

　　最近幾年來，又開發(fā)了水性雙組分聚氨酯涂料并獲得成功應(yīng)用，其主要是采用了水分散的多元醇組分，通過在該多元醇組分中引入羧酸基團(tuán)，將其用胺中和后分散在水中;而作為固化劑的多異氰酸酯組分可采用低、中黏度的傳統(tǒng)固化劑或使用親水改性的多異氰酸酯。

　　聚氨酯清漆是指雙組分聚氨酯清漆和單組分聚氨酯改性氨基丙烯酸烘烤清漆。聚氨酯清漆市場(chǎng)份額超過30%。目前，聚氨酯清漆在中國年增長率約15%。大眾汽車、通用汽車和現(xiàn)代汽車都在使用聚氨酯改性氨基丙烯酸烘烤清漆。相對(duì)于傳統(tǒng)的氨基丙烯酸清漆，聚氨酯清漆外觀更加清澈透亮，耐候性更加出色。同時(shí)對(duì)于現(xiàn)在市場(chǎng)上很關(guān)心的耐洗車性能和耐酸雨性能，聚氨酯清漆都有很明顯的優(yōu)勢(shì)，目前，為了減少有機(jī)揮發(fā)物的排放，一些汽車廠商已經(jīng)開始使用水性汽車原廠漆。拜耳是最早把聚氨酯引入到修補(bǔ)漆中的公司之一?，F(xiàn)在拜耳的雙組分修補(bǔ)漆原料在全世界范圍都在廣泛的應(yīng)用。

　　聚氨酯涂料在顏色和保光性方面的性能尤為突出，具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性、出色的耐候性以及物理機(jī)械性能，漆膜顏色豐滿，流平性和鮮映性好;柔韌性和硬度適中。正是由于聚氨酯涂料的這種耐久性，使其成為要求極高的終端市場(chǎng)的理想選擇。雙組分聚氨酯涂料不僅用于客車，也廣泛用于豪華轎車。聚氨酯防擦傷抗石擊涂料已用于汽車車體的防護(hù)。

　　美國MOVAY公司開發(fā)了一種新型汽車面涂，這種面漆為高固體分單組分聚氨酯改性聚合物，可用于剛性和柔性汽車底材上，并且有優(yōu)異的耐酸性、硬度以及顏料的容合性。

　　近年來，汽車的環(huán)保趨勢(shì)帶給車用聚氨酯產(chǎn)業(yè)巨大的發(fā)展空間。據(jù)報(bào)道，2008年全球汽車修補(bǔ)漆市場(chǎng)的總用量達(dá)到了143.6萬磅，其中西歐和北美市場(chǎng)占前兩位，從產(chǎn)品種類型看，2008年北美汽車修補(bǔ)漆75%由雙組分聚氨酯(2K-PUR)占據(jù)，而在東歐和西歐市場(chǎng)上，雙組分聚氨酯更是占據(jù)了90.0%。面對(duì)如此龐大的市場(chǎng)，車用聚氨酯產(chǎn)業(yè)必然迅速發(fā)展。

　　用于汽車修補(bǔ)的水性雙組分聚氨酯涂料已經(jīng)商品化，可滿足任何嚴(yán)格的溶劑排放法規(guī)。

　　3·聚氨酯木器涂料

　　聚氨酯木器涂料的應(yīng)用歷史已超過60年。聚氨酯涂料開始在中國木器涂料市場(chǎng)的應(yīng)用大約在20世紀(jì)60年代末，如今已占木器涂料的74%，中國已成為世界最大的聚氨酯木器涂料生產(chǎn)國。性能接近溶劑型木器漆的水性聚氨酯已成功用于家具業(yè)，水性木器漆成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。

　　水性木器涂料在中國的推廣可以追溯到20世紀(jì)90年代末，但其性能一直未能滿足用戶的需要。拜耳多年來致力于提高水性木器涂料品質(zhì)，不斷為市場(chǎng)提供高品質(zhì)原材料。例如:更小的粒徑的單組分水性聚氨酯分散體，因其優(yōu)異的機(jī)械性能和施工方便性，廣泛應(yīng)用于木地板、木制工藝品和玩具領(lǐng)域。此后，又研發(fā)了雙組分水性聚氨酯，該親水性聚異氰酸酯和丙烯酸、聚酯分散體或乳液能在20℃-80℃溫度下交聯(lián)反應(yīng)，從而獲得極其優(yōu)越的涂膜性能，主要應(yīng)用于家具及室外木器表面。

　　隨市場(chǎng)對(duì)更高生產(chǎn)效率和更好的環(huán)保性能涂料的需求，水性紫外光固化聚氨酯分散體應(yīng)運(yùn)而生，它能在室溫下在紫外光或電子束照射下迅速固化。施工非常方便，有著極好的附著力和耐化學(xué)品性，成為全球木器涂料市場(chǎng)增長最快的產(chǎn)品。

　　4·聚氨酯防腐涂料

　　聚氨酯涂料與環(huán)氧底漆的配合使用可以成為重防腐涂裝體系，其卓越的綜合性能使其在防腐工程中得到廣泛的應(yīng)用。與其他涂料相比，聚氨酯涂層系統(tǒng)的生命周期成本最低，并能達(dá)到歐美關(guān)于有機(jī)揮發(fā)物高要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)秀的化學(xué)性能、較好的經(jīng)濟(jì)效益及低有機(jī)揮發(fā)物標(biāo)準(zhǔn)贏得越來越多的專業(yè)人士和用戶的認(rèn)可，聚氨酯已成功應(yīng)用于橋梁、近海平臺(tái)、港口機(jī)械、工廠設(shè)備、貯罐、管道及機(jī)場(chǎng)、體育場(chǎng)館等建筑設(shè)施。

　　在全球范圍內(nèi)，隨著對(duì)工程涂層保護(hù)功能及表觀要求的不斷提高，聚氨酯在鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷發(fā)展中。除了常規(guī)雙組分聚氨酯技術(shù)外，單組分濕固化聚氨酯和天氡氨酸酯聚脲也拓展了聚氨酯在防腐蝕涂料領(lǐng)域的應(yīng)用空間，并在歐美的諸多工程應(yīng)用中就許多工程難題提供了解決方案。濕固化聚氨酯與天氡氨酸酯聚脲同時(shí)具備了覆涂間隔短、固化反應(yīng)快的特點(diǎn)，兩種產(chǎn)品在同一系統(tǒng)共同使用，使其快速特性疊加，形成快速處理涂層系統(tǒng)。

　　而另一方面，濕固化聚氨酯與天氡氨酸酯聚脲同時(shí)具備優(yōu)越的耐腐蝕性能，二者配套使用又強(qiáng)化了體系高功能、重防腐的工程優(yōu)勢(shì)。

　　改性聚氨酯涂料重防腐效果甚佳。據(jù)介紹，高彈性環(huán)氧-聚氨酯重防腐蝕涂料為雙組分。A組分是由含羥基的彈性聚酯和環(huán)氧樹脂為基料，加入消泡劑及有關(guān)助劑組成。B組分為多異氰酸酯和多元醇的加成物。

　　把A、B組分按一定的比例混合放置30min即可施工。其成膜機(jī)理是有機(jī)溶劑揮發(fā)后，A組分和B組分之間發(fā)生反應(yīng)，相互交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而固化。其中，彈性聚酯樹脂是高彈性環(huán)氧-聚氨酯重防腐涂料的重要組成部分。

　　高彈性環(huán)氧-聚氨酯重防腐涂料，可供各種管道防腐、油罐內(nèi)外壁防腐、水池防滲透工程的涂裝。該涂料是一種用途廣泛、成本低廉、防腐性能優(yōu)良的新型防腐蝕材料。

　　環(huán)氧聚氨酯耐熱重防腐涂料也日益重要，以環(huán)氧樹脂為成膜物，用TDI與TMP加成物作固化劑制成的防腐蝕涂料，既具有環(huán)氧樹脂的高附著力、高強(qiáng)度、低收縮率、耐化學(xué)品性和防腐性，又具有聚氨酯的優(yōu)良柔韌性、耐磨、耐油、高豐滿度、耐老化性能和成膜性能。環(huán)氧聚氨酯制成的涂料同時(shí)又具有良好的耐熱水煮沸和低溫固化性能，可作為金屬污水貯罐、貯槽、管道、混凝土貯池和化學(xué)貯罐的內(nèi)防腐，及熱力管道的內(nèi)外防腐蝕涂料。

　　5·聚氨酯塑料涂料

　　塑料被成功地應(yīng)用于汽車行業(yè)很多年了，并且應(yīng)用的數(shù)量日漸增多。故要求開發(fā)一種能與車身相匹配的塑料件用涂料。由此誕生了柔感涂料。目前新一代雙組分聚氨酯涂料已經(jīng)問世，它可低溫快速固化而且具有活性期長(10d以上)、固體份高(近50%)的優(yōu)點(diǎn)。

　　汽車保護(hù)膜材料的性能要求是:韌性好、耐久性好，不受氣候和溫度變化影響，即使曝露在戶外陽光下，數(shù)年之后也不泛黃開裂;具有極好的光學(xué)透明度，光透過率高達(dá)94%，而霧濁水平低于1%，透過保護(hù)膜能顯示出汽車涂層的本色。

　　聚氨酯薄膜用于包覆汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩前緣、汽車前后保險(xiǎn)杠、車門下圍板、鑰匙鎖裝置、門鎖把手、輪罩邊緣、面漆以及其他需要保護(hù)(免受石片擊打、磨損等)的部位。如美國AveryDennison工業(yè)公司推出的0.2mm厚的透明脂肪族熱塑性聚氨酯薄膜，有非常高的光澤，與汽車的亮涂層匹配，外觀良好。據(jù)稱美國3M公司也有類似產(chǎn)品。

　　在可提供耐磨性和柔軟手感性能的涂料中，水性聚氨酯涂料已經(jīng)超越了許多傳統(tǒng)的涂料系統(tǒng)，有很好的材料適應(yīng)范圍，這也使采用聚氨酯涂料的塑料件的選擇上更為自由。采用Bayre公司的多異氰酸酯，AkzoNobel公司開發(fā)了水性聚氨酯涂料。宣偉公司也研制出了柔軟手感的水性聚氨酯涂料，該涂料可為各種汽車內(nèi)飾件提供奢華質(zhì)感，且具有耐溶劑性、耐摩擦性、粘合性和防起霧性能等高質(zhì)量性能，已成為福特、通用等大汽車制造商內(nèi)部配制用涂料。聚氨酯涂料用于汽車零部件、內(nèi)外飾件的前景十分廣闊。

　　一般來說，水性聚氨脂涂料不需要額外添加乳化劑或分散劑，因?yàn)樗姆肿咏Y(jié)構(gòu)和大小可以根據(jù)性能進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。與乳膠涂料相比，具有更好的低溫成膜特性，不需要額外添加成膜助劑或增塑劑。水性聚氨酯涂料幾乎對(duì)所有常用的塑料基材都有良好的附著性，并具有杰出的耐久性和耐沖擊性。另外，可以通過交聯(lián)反應(yīng)來改性水性聚氨酯涂料，以增強(qiáng)其耐溶劑和耐化學(xué)品性，并獲得高光涂膜，這對(duì)汽車色彩設(shè)計(jì)人員來說是相當(dāng)重要的。

　　6·結(jié)語

　　聚氨酯是一種新興的有機(jī)高分子材料，被譽(yù)為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域。

　　在未來，對(duì)健康安全的關(guān)注和法律法規(guī)的發(fā)展將會(huì)持續(xù)影響聚氨酯涂料市場(chǎng)。只要比較一下現(xiàn)有的涂料技術(shù)就不難發(fā)現(xiàn)，以樹脂和異氰酸酯為核心的聚氨酯化學(xué)，可以提供最好、最經(jīng)濟(jì)、最靈活的解決方案。