聚氨酯PU涂料

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所屬分類:聚氨酯密封產品

應用現狀

我國自20世紀50年代開始展開對聚氨酯涂料的研發與應用工作。隨著社會大眾物質生活水平的不斷提升與改善,有關汽車加工、家具制造加工、石油化工、機械工業、橋梁船舶等一系列產業的發展速度不斷提升,聚氨酯涂料憑借其突出的性能優勢,開始進入快速發展的全新階段。據統計數據顯示,自1980-2004年期間,各個行業領域中有關聚氨酯涂料的使用量呈現出了非??焖俚陌l展趨勢,聚氨酯涂料總使用量實現了自0.17萬~20萬t的突破式發展,聚氨酯涂料產量僅次于醇酸樹脂漆涂料、丙烯酸樹脂漆涂料以及酚醛樹脂漆涂料,成為了涂料領域中的第四大品種,并且這一發展趨勢延續至今,其產量以及使用范圍仍然保持著非??焖俚陌l展趨勢。

在有關聚氨酯涂料的生產加工企業中,負責聚氨酯涂料研發應用的企業多集中分布于珠三角以及長三角地區,截至目前所開發聚氨酯涂料品種達到60余種。需引起注意的是,受資金投入及技術開發力度等因素的影響,多數有關聚氨酯涂料的開發企業以合資企業、外商獨資企業以及國內規模較大生產企業為主,市場定位以中高檔商品為主,鄉鎮企業則多以低檔產品為主要定位。

聚氨酯涂料

從聚氨酯涂料研發應用的角度上來說,最為主流的仍然表現為雙組分聚氨酯涂料,它在木器家具涂裝等領域中應用范圍不斷擴大與提升。除此以外,單組分聚氨酯涂料仍然在汽車加工、地下室防水等領域中有著非常強的應用優勢,此類涂料以聚氨酯為主要材料,在各類色漆以及清漆生產中有著非常好的應用價值。新研發丙烯酸聚氨酯漆選用縮二脲作為固化劑,在汽車修補用漆中的應用價值相當可靠。尤其對于輕型汽車、大型客車以及面包車而言,車輛加工中的涂裝功能非常值得肯定,市場前景相當可觀。在丙烯酸聚氨酯涂料基礎之上研發的多類新型聚氨酯涂料還可以在其他制造加工領域中發揮應用價值,以滿足家電、火車等加工物對加工質量所產生的要求。

除此以外,可適用于地板涂裝、機床涂裝、航空航天設備表面涂裝等領域的專用聚氨酯涂料正處于加速開發與研究階段當中。有關報道中針對目前聚氨酯涂料的分類、特點以及應用領域進行了綜述與分析。

研發進展

(1)水性聚氨酯涂料

1942年,Shlack首次成功地制備了陽離子型水性聚氨酯,20世紀70年代水性聚氨酯開始工業化生產,發展到現在,全世界水性聚氨酯樹酯年產量約為5萬~6萬t。水性聚氨酯涂料選用水作為涂料分散介質,整個聚氨酯涂料結構體系中有機溶劑較少存在,契合了當前環境保護對涂料領域所提出的節能減排要求,因而有關水性聚氨酯涂料在相關領域中的應用與發展問題日益受到業內人士的關注與重視。截至目前,雖然我國整個涂料領域中,有關聚氨酯涂料的應用比例僅在4%左右,但水性聚氨酯涂料的工程應用近年來正保持著近10%的增長速率。一般情況下,水性聚氨酯涂料無需額外添加分散劑或乳化劑,分子大小以及分子結構可以視情況作出適當的調節。鑒于這一特點,相較于傳統意義上應用比較廣泛的乳膠涂料而言,水性聚氨酯涂料能夠具備更好的低溫成膜特性,無需添加收益當比例的可塑劑以及成膜助劑。水性聚氨酯涂料相較于其他涂料而言,不但具有良好的外觀,同時干燥時間短,在木器涂料領域中表現出了得天獨厚的優勢。傳統意義上的溶劑型丙烯酸皮革涂料開始逐步被水性聚氨酯皮革涂料所取代,憑借在耐化學品以及耐低溫性方面的優勢,

備受皮革涂料領域人員的關注與重視。除此以外,該類材料還在塑料、車輛、工業以及防腐等相關領域中發揮著非常確切的應用價值,具有相當廣闊的發展空間。

水性聚氨酯涂料性能仍然存在一定的局限性,耐水性不足是影響水性聚氨酯涂料在實踐中應用的最主要因素之一。除此以外,在工程施工期間,有關水性聚氨酯涂料的應用也存在一定的問題,如對于雙組分水性聚氨酯涂料而言,摻入施工原料中后干燥速度相對比較緩慢,需要較長時間進行維護。在水性聚氨酯涂料與水反應的過程當中所產生的二氧化碳氣泡可能大量殘留于涂膜內,影響其性能。并且,高昂的成本也成為了影響水性聚氨酯涂料工業化應用的主要因素之一。更為關鍵的是,在水性聚氨酯涂料中,所添加的大量水性涂料可能對工程建筑中的鐵質基材產生影響,導致閃蝕問題的產生,甚至影響表面涂料的濕潤性與外觀性能。針對上述問題,為促進水性聚氨酯涂料的進一步發展,后續應當將復合型改性水分散聚氨酯涂料作為發展方向與研究重點,嘗試將一些功能較為特殊的分子結構,如含硅聚合物鏈、含氟聚合物鏈條引入聚氨酯鏈中,以改善涂膜綜合性能,發揮其在耐高溫、耐水以及耐候性方面的優勢。也可將低VOC以及高性能雙組分水性聚氨酯涂料作為研究開發的重點,在降低聚氨酯涂料成本的同時,提高使用效率。

(2)改性聚氨酯涂料

對于較為單一的聚氨酯涂料而言,在工業化生產應用過程當中,其外形、光澤度、耐水性以及硬度還存在一定的局限性,因此可以嘗試通過研發改性聚氨酯涂料的方式,以提高其性能水平。當前技術水平下,聚氨酯材料可以適用的改性方式包括兩種類型:第一種是通過化學方法干預的方式,使聚氨酯涂料能夠具備兩種或兩種以上的特性; 第二種則是通過物理方法干預的方式,將特性互補的兩種或兩種以上樹脂材料進行混合,使聚氨酯涂料能夠具備多樣化的性能。其中,對于有機硅材料而言,該材料具有無腐蝕、無毒性、耐燃性、耐臭氧性、耐氣候老化性、電絕緣性等一系列特點與優勢,在聚氨酯涂料改性加工中有著非常好的應用價值。Bayer公司率先進行了聚氨酯粉末涂料的基礎研究和開發,成功研制了封閉的異氰酸酯交聯體系,常用的是己內酰胺封閉的IPDI固化體系,其固化溫度在170 ℃以上,這種高溫固化有利于涂膜的高度流平,是無揮發性副產物放出的品種。既往報道中也指出,嘗試將有機硅材料與聚氨酯涂料相結合,應用適當方法進行改性加工,能夠明顯克服聚氨酯材料存在的性能缺陷,對擴大聚氨酯材料應用領域而言有非常確切的價值。同時,聚硅氧烷的化學結構較為特殊,表現出優秀的穩定性、生物相容性、電絕緣性以及耐高低溫性。自20世紀40年代開始被廣泛應用于工業化生產實踐中,在改性聚氨酯材料研發過程當中,可以嘗試以聚硅氧烷為軟段,合成聚硅氧烷-聚氨酯嵌段共聚物,以突出聚氨酯以及聚硅氧烷兩者的優勢,彰顯該改性聚氨酯涂料在表面富集性、介電性以及生物相容性方面的突出優勢,有非常大的應用空間與發展潛力。

(3)環保型聚氨酯涂料

受到環境保護要求以及整個涂料行業可持續性發展要求的影響,業內有關人員必須積極探索并研發具有環保效益的聚氨酯涂料產品,如光固化聚氨酯涂料、高固含量低黏度聚氨酯材料、以及粉末聚氨酯材料等。以粉末劑方式所呈現的聚氨酯涂料能夠具備良好的物理機械性能以及耐化學品性能,同時還表現出了良好的外形美觀性。水性聚氨酯分散樹脂材料與其他結構的聚合物材料相比存在大量優勢,且與環保要求相契合,可在水中分散,無有利的異氰酸酯,無毒性,對底材的附著力良好。水性雙組分聚氨酯涂料是由含-OH基的水性多元醇和含-NCO基的低黏度多異氰酸酯固化劑組成,其涂膜性能主要由羥基樹脂的組成和結構決定。

單組分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基料,并以水為分散介質的一類涂料。通過交聯改性的水性聚氨酯涂料具有良好的儲存穩定性、涂膜力學性能、耐水性、耐溶劑性及耐老化性能,而且與傳統的溶劑型聚氨酯涂料的性能相近,應當作為環保型聚氨酯涂料非常重要的發展方向之一。而從未來發展趨勢上來看,聚氨酯粉末涂料已成為當前整個涂料領域中最為主流的發展方向之一,在各類粉末涂料乃至聚氨酯涂料中所占據的比例不斷提高。如對于汽車涂料加工市場而言,在涂料產品開發過程當中,應當以聚氨酯粉末涂料為最佳選擇與發展方向,同時通過技術創新研發的方式,研發對低溫環境有良好適應性,同時無揮發性副產物產生的新一代聚氨酯粉末涂料,該新型粉末涂料在性能上與雙組分溶劑型聚氨酯涂料有良好的相似性,可以適用于新一代汽車生產線涂料制造與加工領域,在保障涂料性能的同時,體現出了良好的環保效益,具有非??捎^的綜合效益。

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