涂料及粘结剂论文-聚氨酯涂料研究进展.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y
涂料及粘结剂化学结课论文

聚氨酯涂料研究进展

学院名称： 材料科学与工程学院
专业班级： 高分子1201
学生姓名：
学 号： 31207050
指导教师姓名：

2015年 12 月

聚氨酯涂料研究进展
摘要：聚氨酯涂料因其良好的性能，已经广泛地应用工业设施和民用装饰等各个领域，在涂料行业中占有非常重要的位置。本文简要叙述了聚氨酯涂料的组成、合成、主要应用，展望了聚氨酯涂料的发展方向。
关键词：聚氨酯 涂料 树脂 合成 应用
1.引言
聚氨酯(PU)是一种有优异性能的高分子材料，以低聚多元醇为软段，扩链剂和异氰酸酯为硬段的嵌段化合物[[] 王武生,潘才元,曾俊等.高分子学报,2000,(3): 319～324.
]，其化学结构中含有氨基甲酸酯、脲键、醚键和脲基甲酸酯键等多种极性键，给予了它优良的成膜性能和粘结性。聚氨酯具有柔韧性、耐磨性、低温性、耐化学品性和粘结性好的优点。
2. 聚氨酯涂料的发展历史
聚氨酯技术兴起于德国，1937年，奥托拜耳先生发明聚氨酯，给聚氨酯化学的发展奠定了基础，开发出适合不同用途需要的聚氨酯技术。自 1955 年以来，拜耳公司已把各种单体和聚合的异氰酸酯、聚醚、聚酯及丙烯酸酯应用于聚氨酯涂料的生产中。1965年抗褪色双组分聚氨酯涂料在飞机和火车机身中应用；1987 年作水性成膜物使用；1994年水性双组分聚氨酯体系投入使用。
3.聚氨酯涂料的制备方法
根据所用原料的不同，一般可将聚氨酯涂料分为聚酯型和聚醚型两类。多异氰酸酯聚合物也称作聚氨酯预聚物，主要包含缩二脲和三聚体（异氰脲酸酯）、聚氨酯加成物[[] 中国涂料工业协会,全国涂料工业信息中心.中国涂料工业年鉴. 1998-2001.
]。典型的聚氨酯加成物是通过TMP（三羟甲基丙烷）和TDI反应制备。这种预聚物的应用面广应用量大。当前，国内TDI加成物产品的产品粘度、色泽和涂膜性能都已经达到国外水平，但残留于产品中TDI单体含量比较高需进行调整工艺、配方来降低加成物中残留TDI 含量的继续研究。据媒体报道称，日本旭化成公司利用一种多元醇醚与 HDI 反应制备HDI 加成物，其涂膜弹性得到较好提高，即使在-30℃也可以保持优异的柔韧性，并应用于橡胶涂料[[] 赵金榜.聚氨酯涂料的发展和我国面临的挑战[J].现代涂料与涂装, 2000(2): 35-37.
]。HDI主要在制备缩二脲中运用，如BASF 、德国拜耳等公司都有生产这类型产品[[] 刘意张力,刘敬芹,等.聚氨酯涂料的研究进展[J].辽宁化工,2002, 31(3): 107-112.
]。HDI 缩二脲主要用于建筑、大型客车、高级木器、飞机等要求耐候性较好的装饰与保护。 HDI 二聚体本身不够稳定， 如果采用特种催化剂也可合成 HDI 二聚体， 主要用来制备高固含量涂料， 其性能较HDI 缩二脲而言更优。
聚氨酯双组分树脂合成涂料的成膜过程是：
主剂（－OH）、固化剂（－NCO）两组分中的高分子化学成分发生化学反应而成膜。所以在实际施工中不能随意增减固化剂的份量，增多会使涂膜易起泡、发脆等； 减少会使不干、硬度不够、涂膜发软、耐划伤性不好。在市场销售的产品当中也存在单组分的PU漆，它是利用含－NCO 基团的树脂吸收空气中的水汽（－OH）来发生反应，它的固化机理是相同的。优点是：硬度高，耐热、耐磨、耐热、耐水性好，固含量50%～70%，施工效率高，涂装成本低，丰满度好，应用范围广。聚氨酯漆是用多羟基化合物和多异氰酸反应而制得，它不烘烤也可以达到烘烤漆的性能[[] 李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].广州:广东科技出版社,2001.
]。通过改进配方，聚氨酯的涂膜可以做可以制成柔韧性优异的弹性涂膜，也可做成成高硬度的涂膜，极大的增加聚氨酯涂料的应用范围。但其施工环境要求比较高，漆膜损坏不容易被修复，配漆后使用时间受到限制，必须打磨层间，配比要求十分严格[[] 王平华,伍胜利,王文英.水性聚氨酯树脂的改性技术[J].涂料工业, 2005, 35(5): 39-44.
]。
3.聚氨酯涂料及其应用
3.1聚氨酯汽车涂料
汽车保护膜材料的性能要求是：耐久性好、韧性好、不受温度和气候变化影响，即使曝露在户外阳光下许多年后也不开裂泛黄；有较好的光泽、良好的耐水性、快干、耐老化性和耐溶剂性。光学透明度极好，光透过率高达 94%[[] 李建宗,李士杰.国外水性聚氨酯研究进展[J].中国胶粘剂,1997,6(5):44-50.
]，而低于 1%的雾浊水平，透过保护膜能够显示出汽车涂层原本的颜色。汽车修补漆还要求能够低温固化。正好双组分聚氨酯涂料能满足这些要求。由多异氰酸酯和丙烯酸酯多元醇组成的双组分聚氨酯涂料，能低温或室温烘烤固化，能够用于汽车的 塑料、 金属、木材以及其它底材上[[] 黄水华,陈正国,王国成,等.聚氨酯乳液技术进展[J].湖北化工,1998,(1):4-6.
]。这类型的涂料使用了比较多的挥发性有机溶剂，因此对环境产生了严重危害。然而当中的水性双组分聚氨酯涂料含羟基组分中通常要加入 催化剂、流平剂、增稠剂、消泡剂、光稳定剂和有机共溶剂等助剂， 再和多异氰酸酯组分混合后，加水调整黏度，用喷涂法施工。水乳化型聚氨酯双组分涂料的性能，比如干燥光泽、时间、耐溶剂和硬度性基本上达到了溶剂型涂料的要求。聚氨酯涂料在保光性和颜色方面的性能尤其突出，具有十分良好的耐化学品性、优异的耐候性和物理机械性能，漆膜的颜色丰满，鲜映性和流平性好；硬度和柔韧性适中[[] 张毅,张娜,王久芬.聚氨酯涂料的研究进展[J].华北工学院学报,2002,23(5):351-355.
]。正是因为聚氨酯涂料的这种耐久性，使它成为要求极高的终端市场的理想选择。
3.2聚氨酯木器涂料
聚氨酯木器涂料已有超过60年的应用历史。20 世纪 60 年代末，聚氨酯涂料就开始应用在中国木器涂料市场，现在已经占据木器涂料的74%[[] 罗建光,赖国隆,等.环氧树脂改性水性聚氨酯的研究[J].涂料工业,2002,(12):1-3.
]。性能接近溶剂型木器漆的水性聚氨酯已在家具业中成功应用，水性木器漆变成市场的热点。当今技术一直在提高水性木器涂料品质，不断给市场供应高品质原材料。例如: 粒径更小的单组分水性聚氨酯分散体，以其优异的施工方便性和机械性能，宽泛的应用于木制工艺品、木地板和玩具领域。此后，技术更新有有了双组分水性聚氨酯，该亲水性聚异氰酸酯和聚酯分散体、丙烯酸或乳液可以在 20℃－80℃ [[] 候青顺.聚氨酯乳液的研究进展[J].化工进展, 2002,21(11):831-835.
]温度下发生交联反应，因此得到非常优越的涂膜性能，主要应用在室外木器表面和家具。
3.3聚氨酯防腐涂料
聚氨酯涂料和环氧底漆的配合使用能作为重防腐涂装体系，其优异的综合性能让其在防腐工程中得以宽泛的应用。和其他涂料相比，聚氨酯涂层系统的生命周期成本最为低，并可以达到欧美相关有机挥发物高要求的排放标准。聚氨酯在钢结构防腐蚀领域的应用不断发展。不仅是常规双组分聚氨酯技术，单组分湿固化聚氨酯和天氡氨酸酯聚脲也拓宽聚氨酯应用于防腐蚀涂料领域，并且在欧美的许多工程应用中就多种工程中遇到的难题提供解决方案。湿固化聚氨酯与天氡氨酸酯聚脲共同具有固化反应快、覆涂间隔短的特点[[] 陈珀丽,刘经梅等.聚氨酯涂料技术在中国的发展[J].涂料工业, 2007, 37(5): 49~51
]，两种产品共同使用在同一系统中，使其快速特性得以叠加，成为快速处理涂层系统。另一方面，天氡氨酸酯聚脲和湿固化聚氨酯都具备优异的耐腐蚀性能，两者的配套使用强化了体系重防腐、高功能的工程优势。改性聚氨酯具有很好的防腐功能。高弹性环氧－聚氨酯重防腐蚀涂料是双组分。A 组分是由环氧树脂和含羟基的弹性聚酯为基料，加入消泡剂和相关助剂组成。B 组分是多元醇和多异氰酸酯的加成物。按一定的比例，把 A、B 组分混合放置30min 即可施工[[] 赵金榜.聚氨酯涂料的发展和我国面临的挑战.[J].现代涂料与涂装, 2000, (3): 33~35
]。高弹性环氧－聚氨酯重防腐涂料，可供油罐内外壁防腐、各种管道防腐、水池防渗透工程的涂装。这种涂料是一种成本低廉、用途广泛、防腐性能优异的新型防腐蚀材料。环氧聚氨酯耐热重防腐涂料也越来越重要，用环氧树脂作成膜物，以TMP 和TDI 加成物作固化剂制成的防腐蚀涂料[[] 金琼.聚氨酯涂料生产现状及其在各个领域的应用[J].中国涂料, 1998, (6): 17~20
]，既有环氧树脂的高强度、高附着力、耐化学品性、低收缩率、耐化学品性和防腐性，又具有聚氨酯的耐油、高丰满度、优良柔韧性、耐磨、耐老化性能和成膜性能。环氧聚氨酯制成的涂料同时又具备优秀的低温固化性能和耐热水煮沸，能够作金属污水贮罐、管道、贮槽、化学贮罐和混凝土贮池的内防腐，和热力管道的内外防腐蚀涂料。
4.我国聚氨酯涂料发展方向
我国聚氨酯涂料的总体发展方向有：开发 HDI、IPDI、TDI、MDI、等二异氰酸酯的三聚体及其新型加成物、改性产品和以上几种单体的三聚体混合体系，提高涂料的性能；在应用范围上不断扩大，提高涂料产品的使用效果和档次；提高聚氨酯涂料技术水平，使其在汽车塑料件漆、工业烤漆、木器地板涂料等领域得以更广泛应用；研制聚氨酯粉末涂料，如薄涂型、低温烘烤型等品种；选择对环境污染小的双酯类、烃类和碳酸二甲酯等溶剂取代聚氨酯涂料中的芳烃溶剂，配制成弱溶剂型的聚氨酯涂料；采用适当方法更近一层降低聚氨酯涂料中游离单体的含量，如可采用化学动力学、化学去除法、冷冻法及薄膜蒸发法等方法；发展研制功能型聚氨酯涂料新品种，如阻燃、弹性、自复原、防污型和膨胀型产品等；研制开发新型固化机理，并使新型聚氨酯涂料发展来不断满足工业涂料、建筑涂料和特种涂料的新需求。
5.结语
聚氨酯是一种新兴高分子材料，被称作“第五大塑料”，并因其优异的性能宽泛应用于经济上的众多领域。我们有理由相信，有了涂料行业科技人员的不断努力，聚氨酯涂料将会在今后发挥越来越重要的作用。

参考文献：