徐文军（宁波康曼丝涂料有限公司）
摘要：简述了水性聚氨酯地坪涂料的应用现状，指出了水性聚氨酯地坪涂料的问题今后的发展趋势。
关键词：地坪涂料；水性聚氨酯。
1、前言
地坪涂料指的是应用于水泥基层等非木质地面用的涂料，属于地面涂料的一类。近年来，各种公共场合(如超市、购物中心、体育场馆、医院手术室、实验室、工业厂房、车间等)对地面装饰物的要求从清洁、安全、舒适发展到要具有耐磨、防滑、耐腐蚀、防静电、耐沾污等功能性，随着要求的不断提高，地坪涂料产品逐渐受到市场重视而迅速发展。地坪涂料按成膜物质分类可分为：环氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、喷涂聚脲弹性体地坪涂料以及其他地坪涂料等，其特征和应用如表 1 所示。
表1 按成膜物质分类的地坪涂料种类、特征和应用
目前环氧树脂地坪涂料在市场用量最大，但聚氨酯地坪涂料具有优良的耐磨性和韧性，漆膜的弹性可以通过调节组份比来控制，市场使用前景更广。传统的溶剂型聚氨酯地坪涂料中含有大量的挥发性有机物（VOC）和少量的游离异氰酸酯，易对环境和人体造成危害。随着环保要求和涂料水性化技术的发展，低VOC含量的水性聚氨酯、地坪涂料逐渐代替溶剂型产品。地坪涂料按施工方法还可分薄涂型和自流平型等类型，薄涂型使用喷涂、滚涂或刷涂施工，比较方便，用量少、成本低、厚度低；自流平型使用带齿镘刀施工，一次施工厚度0.5 mm，外观光滑平整，具镜面效果。按工序分可分为底、中、面涂，底涂主要增加涂层与混凝土地面的附着力并加强、封闭混凝土地面，中涂主要作用是找平地面，面漆提供功能性。还有一些特殊作用的地坪涂料，比如防静电、导静电地坪涂料等。
2、水性聚氨酯地坪涂料
2.1 单组份水性聚氨酯地坪涂料
单组分水性聚氨酯是PU最早的水性化产物，其具有较高的断裂伸长率和适当的强度，并能常温物理干燥，但是其相对分子质量较低，交联度不高，与溶剂型双组分聚氨酯涂料相比，单组分水性聚氨酯地坪涂料的耐化学品性和耐溶剂性不良，涂膜硬度以及表面光泽度均较低，硬度、表面光泽度和鲜艳性都较低，目前仅应用于建筑涂料领域及其它一些使用要求不高的场合。通过交联、复合改性的单组分从一定程度上提升了水性聚氨酯WPU涂料的性能，使其能获得较好的力学性能、耐水性、耐溶剂性以及耐老化性，从而满足地坪涂料的要求。
2.2 双组份水性聚氨酯地坪涂料
双组分水性聚氨酯地坪涂料是以水为介质，由含—OH 基的水性多元醇(通常称为A 组分)和含—NCO 基的多异氰酸酯固化剂组成(通常称为B 组分)。双组分水性聚氨酯涂料将高性能和低VOC相结合，成为当前涂料研究的热点。水性双组分聚氨酯涂料与溶剂型双组分聚氨酯涂料对比见表2
双组分水性聚氨酯地坪涂料按用途分类主要可分为弹性地坪涂料和防滑地坪涂料。为了更好地满足需求，使水性双组份聚氨酯地坪涂料的性能接近溶剂型双组分PU地坪涂料，近年来的研究开发趋向于双组分交联型水性聚氨酯地坪涂料。最新的研究表明，某些高交联密度的双组分水性聚氨酯地坪涂料具有优异的抗热胎痕的性能。
另外双组分水性聚氨酯地坪涂料优点包括：具有卓越的耐候性、易清洁、抗涂鸦、耐磨性和耐刮擦性、耐化学品性等性能优异，且环保、方便施工，是作为地坪涂装的理想面漆。
2.2.1 双组份水性聚氨酯地坪涂料的基本原理
多年前，很多人认为双组分水性聚氨酯涂料是难以实现的。一个重要原因是人们认为多异氰酸酯中的—NCO基团会与水反应生成聚脲，同时生成CO2，而难以得到致密的漆膜。但Bayer的化学师在实践中发现某些多异氰酸酯在水中可以长时间稳定存在，在多异氰酸酯液滴与水的界面上会形成一层具有临时性保护作用的聚脲薄膜，这一薄膜的存在可以较长时间阻止多异氰酸酯与水的进一步反应，从而使双组分水性聚氨酯涂料技术可能得以实现。进一步的研究表明，将某一亲水改性的HDI三聚体分散在水中，经过7h后，—NCO的保留率仍然大于90%。双组分水性聚氨酯涂料的成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型聚氨酯涂料的成膜机理也完全不同。图1为双组分水性聚氨酯涂料的固化成膜示意图。
由图1可见，在双组分水性聚氨酯涂料的成膜过程中，多异氰酸酯在前期并没有过多的与多元醇或水发生化学交联反应，一直到大部分水分蒸发后，乳液与固化剂粒子相互接触并挤压，此时多元醇中的羟基以及残余的水开始大量地与固化剂中的—NCO基团发生化学反应。由此可知，双组分水性聚氨酯涂料适用期的表现形式与双组分溶剂型聚氨酯涂料可能是完全不同的。很多时候，双组分水性涂料体系的黏度变化会一直保持在远远低于初始黏度2倍的范围内，这就意味着，在溶剂型涂料中行之有效的通过黏度上升判断适用期的方法，在双组分水性聚氨酯体系中是不适用的。实际上，我们需要通过测试漆膜某些性能(如光泽、雾影、硬度、耐化学品性等)的突变点来判断其适用期。
另一个需要注意的问题是：如何确定双组分水性聚氨酯涂料中—NCO与—OH的比值。一般来说，多异氰酸酯与多元醇的反应速度比与水反应更快，但两者仍然具有竞争关系。为了补偿多异氰酸酯和水的副反应而产生的损失，一般使用过量的多异氰酸酯，—NCO/—OH比率会选择1.5～3.0。通常—NCO/—OH比例越高，涂膜的耐化学性越好，但干燥时间越长，成本越高。一般情况下，—NCO/—OH的比例控制在1.5左右，这样就能得到最佳的性价比。
3、展望
目前，水性聚氨酯地坪涂料在硬度和耐磨等性能方面以接近甚至达到溶剂型地坪涂料的的水平，但在生产和应用过程中任然面临着许多问题，如水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔，形成表面缺陷，故对施工过程及基材表面清洁度要求高；水性聚氨酯地坪涂料不适合在低温或高湿环境下施工；固含量较低，固化后交联密度较低，涂层结构疏松。
随着现代工业文明的飞速发展，对地坪的要求也越来越严格。食品和医药等工业要求地坪干净无尘；机械工业要求地坪耐冲击、耐磨损、耐碾压；化工工业要求地坪耐腐蚀；因而具有环保、健康、卫生、无毒、无害等优点的水性聚氨酯地坪涂料领域有着非常大的市场空间和发展潜力，其性能有着很大的可调范围，可以满足不同场所的需求。随着人们对性能和环保要求的不断提高，水性聚氨酯地坪涂料的应用也面临着新的问题。因此开发新的具有特殊性能要求的聚氨酯地坪涂料品种(如重防腐、耐高温蒸汽等)降低水性聚氨酯地坪涂料的使用成本是当前和今后地坪涂料工作者的主要任务。另外水性双组分聚氨酯地坪涂料将双组分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC相结合，也是当前地坪涂料的研究热点和发展方向。用丙烯酸酯、环氧树脂等复合改性研究目前也相当成熟，而纳米粒子改性水性聚氨酯地坪涂料也已经成为研究的热点。
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