隨著人們環保意識的加強和各國環保法律法規對揮發性有機化合物(VOC)排放量的限制,水性聚氨酯的研究與開發日益受到重視。水性聚氨酯是以水為分散介質,聚氨酯樹脂溶解或分散于水中而形成的二元膠態體系,以其制備的水性聚氨酯涂料中不含或含有極少量的有機溶劑。水性聚氨酯涂料,不僅具有無毒無臭味、無污染、不易燃燒、成本低、不易損傷被涂飾表面、施工方便、易于清理等優點,還具有溶劑型聚氨酯涂料所固有的高硬度、耐磨損等優異性能[3],因而在木器涂料、汽車涂料、建筑涂料、塑料涂料、紙張涂層以及織物和皮革涂飾等許多領域得到了廣泛的應用。
為了滿足人們在生產和生活方面對具有新型功能的水性涂料的需求,近年來,人們通過對水性聚氨酯改性或添加助劑開發出了許多具有特殊物理和化學性質的水性聚氨酯涂料,提高了水性聚氨酯涂料的功能性,擴大了水性聚氨酯涂料的應用范圍。
防水水性聚氨酯涂料
聚氨酯防水涂料是繼煤焦油型、瀝青型和彩色型防水涂料之后出現的一種新型防水涂料,由于其具有優異的彈性、耐久性、附著力、耐磨損性、耐藥品性、防水層輕、無接縫及容易修補等特點,而被廣泛用作外防水層。聚氨酯防水涂料按照分散介質的不同可以分為溶劑型防水涂料、無溶劑型防水涂料和水性防水涂料。水性聚氨酯防水涂料以水作為分散介質,是一種綠色環保的防水涂料,雖然其在性能方面與溶劑型聚氨酯防水涂料存在較大差距,但是水性聚氨酯涂料的無毒、無臭味、無污染空氣和水源、不易燃、操作方便、易于清理等優點引起了廣大研究者的青睞。而且與其他種類的水性涂料相比,水性聚氨酯涂料成膜后機械性能好,對水泥地面、混凝土、陶瓷、鋼鐵、石棉等都有較好的粘接性,成膜性好。
在制備水性聚氨酯時,為了使聚氨酯樹脂在水中充分分散,通常對聚氨酯樹脂進行親水改性,引入大量的親水基團,導致其吸水率增大,從而使涂料的耐水性變差,遇水容易發生溶解或溶脹。這不僅影響了水性聚氨酯防水涂料的裝飾性能,還使涂料喪失了對基材的防水和保護性能。為了提高水性聚氨酯防水涂料的耐水性,有效方法是使水性聚氨酯與其他樹脂復合改性,常用的改性樹脂有丙烯酸樹脂、環氧樹脂、有機硅樹脂等。
防腐蝕水性聚氨酯涂料
材料與周圍介質發生化學或電化學作用生成氧化物而喪失或減退其原有性能的現象稱為腐蝕。腐蝕給人類造成的損失是驚人的,全球每年因腐蝕造成的經濟損失約10000億美元,約占全年金屬總產值的10%。腐蝕造成的損失已經引起了人們的高度重視,針對金屬腐蝕,人們采取了一系列的防腐方法,其中最常用的是涂層防腐,這主要是因為涂層防腐不僅具有施工和維修方便、可與其他防腐蝕措施配合使用的優點,而且與其他防腐蝕措施相比,施工費用和成本較低。涂料的防腐蝕作用主要有覆蓋作用、鈍化緩蝕作用和電化學作用,涂覆在金屬表面的涂層能夠避免金屬與腐蝕介質直接接觸,從而達到防腐蝕的效果。
環氧樹脂涂料在低溫下幾乎不能固化,為了彌補這個缺點,人們開始將水性聚氨酯涂料應用于金屬防腐蝕中。防腐蝕水性聚氨酯多為單組分聚氨酯,它可低溫固化,并且具有突出的耐酸堿性、耐油、耐鹽水、耐磨、抗沖擊、抗應變等性能,是一類具有優異的綜合性能和良好發展前景的防腐樹脂涂料基料。但是水性聚氨酯由于以水為分散劑,其涂膜的耐水、耐化學性和耐溶劑性較差,若要達到防腐蝕的性能,需要加以改性,常用的改性材料為環氧樹脂和丙烯酸樹脂。環氧樹脂除了含有環氧基團外,還含有羥基基團,能直接參與水性聚氨酯的合成反應;丙烯酸酯含有羥基基團,以共聚或共混的方式對水性聚氨酯進行改性。環氧改性水性聚氨酯涂料具有許多優異的性能,涂膜不僅附著力強,而且具有極好的耐油、耐酸、耐堿、耐鹽水、耐水、耐溶劑性;丙烯酸改性水性聚氨酯涂料是一類兼具水性丙酸涂料和水性聚氨酯涂料優點的新型涂料,具有優異的耐候性,自增稠性好、固含量高。
防腐蝕涂料過去一直將水性涂料排除在外,但隨著水性涂料技術的發展,世界上已有許多成功的金屬防腐水性涂料體系,如水性聚氨酯涂料、水性環氧涂料、水性丙烯酸涂料等。
阻燃水性聚氨酯涂料
阻燃涂料是通過將阻燃劑加入到涂料中制得的,按照燃燒特性,可將阻燃涂料分為膨脹型阻燃涂料和非膨脹型阻燃涂料。非膨脹型阻燃涂料涂層自身難燃或不燃,在火焰或高溫下釋放出滅火性氣體,以便沖淡、覆蓋和捕獲因受熱而分解的易燃氣體和空氣中的氧氣,從而隔絕空氣,達到防止或延滯基材著火燃燒,但是隔熱阻燃效果不明顯。膨脹型阻燃涂料在火焰或高溫下,阻燃劑催化可燃物發生膨脹、炭化以及脫水作用,形成均勻致密的海綿狀或泡沫狀炭質層,炭質層的絕熱性能好,能夠阻礙熱的傳導和隔絕空氣,阻擋外界火源對基材的直接加熱作用,并因涂層組分在發生物理化學變化時吸收大量熱量以及釋放出水、氨等不燃性氣體降低了氧氣濃度,是真正有效的阻燃涂料。目前阻燃涂料的研究主要集中在開發一些高性能或環保型產品中,其中研究較多的是水性膨脹型阻燃涂料,尤其是水性聚氨酯膨脹型阻燃涂料。
防霉殺菌性水性聚氨酯涂料
水性聚氨酯涂料含有高分子樹脂、顏填料、助劑和水等多種物質,為微生物的生存提供了充足的營養物質條件,因此極易受到微生物的污染。受污染的水性聚氨酯涂料會發生霉變、變質,進而散發不愉快氣味,產生色變,不僅喪失了對基材的保護作用,還對人體健康造成危害。有效的解決方法是在水性涂料中添加適量的防霉殺菌劑,來抑制微生物的生長與繁殖,保護涂料與涂層不受破壞。