刘桂艳
（（武汉华夏理工学院，湖北武汉 430223）
摘要：随着社会的不断发展和进步，人们对于涂料的绿色环保要求越来越高，高性能水性聚氨酯涂料的研究能够满足人们对涂料的绿色环保需求，保障人们的身体健康，有效提升人们的生活水平。主要对水性聚氨酯涂料应用的现状进行分析，提出在应用方面存在的不足，进而探讨高性能水性聚氨酯涂料的改性研究，并指出高性能水性聚氨酯涂料改性后的具体应用，促进高性能水性聚氨酯涂料的可持续发展。
关键词：高性能；水性聚氨酯；涂料；发展；改性
引言
传统的聚氨酯涂料往往存在大量的挥发物，这些挥发物的挥发会对人的身体健康带来较大的影响，同时会对环境造成一定程度的影响。为了最大限度地保护环境，要加强对于传统聚氨酯涂料的改性研究，以提高水性聚氨酯涂料的绿色无污染水平，实现人们生活质量的提高。在实际的应用过程中，要采取切实可行的改性方案，以适用于不同的应用场景，满足人们的多样化生活，实现高性能水性聚氨酯的广泛应用和发展。
1 实验
1 水性聚氨酯涂料的应用现状
目前水性聚氨酯涂料在生活中有了较大的使用范围，极大地促进了人类社会的发展和进步，实现了我国经济社会发展各个领域的有效增长，为人们生活水平和生活质量的提高做出了突出的贡献。但是在具体的应用领域，仍存在一些问题亟待解决，只有不断加强研究，实现水性聚氨酯涂料的改性，才能有效对水性聚氨酯涂料进行应用，促进人类社会的发展与进步。目前应用上的不足主要存在以下几个方面。首先是水性聚氨酯涂料成膜所用的时间较长，且对周围环境要求较高，并且含量相对较低，不易于存储，导致应用范围相对狭窄，不利于大规模使用。要加强此方面的研究，就要对水性聚氨酯涂料进行积极的改良性能，降低其对周围环境的依赖程度，提高存储效率，促进水性聚氨酯涂料的有效使用，满足实际的使用需要。其次是水性聚氨酯涂料的耐水性能较差，相较于溶剂型的涂料，水性聚氨酯涂料的使用范围受到很大程度的限制。究其原因在于水性聚氨酯涂料的成膜中含有亲水的物质，导致耐水性较差，需要对水性聚氨酯涂料进行有效的改性，使其提高耐水性，增强使用效率，从而扩展其使用范围。再次是水性聚氨酯涂料成膜后，经常以水乳化的形式存在其丰满度和光泽度较差，不利于对丰满度和光泽度要求较高的领域使用，降低了其适用范围，无法有效促进高性能水性聚氨酯涂料的广泛发展。
2 高性能水性聚氨酯涂料改性研究
2.1 水性聚氨酯涂料的有机硅改性
由于有机硅材料对低温和盐雾具有良好的抵抗力，因此有机硅改性技术的使用不仅解决了水性聚氨酯树脂的低温脆性问题，而且提高了涂料对海洋环境的抵抗力。使用3-丙基三甲氧基硅烷单体（MPTS）和水性聚氨酯树脂单体进行聚合，以获得30％的3-丙基三甲氧基硅烷改性水性聚氨酯树脂含量。这种水性聚氨酯涂料的有机硅改性使其树脂涂层不仅具有良好的光泽度，其耐低温、耐盐雾的性能也得到了大幅提高，提高了其适用范围。当前，有机硅改性的水性聚氨酯树脂主要用于服装和海洋工业，例如纺织品印刷、皮革涂料、码头设施等领域，极大地提高了这些行业的发展效率，实现其快速发展的目的，也为水性聚氨酯涂料的广泛应用提供了有效的支撑，实现水性聚氨酯涂料的改性目的。
2.2 水性聚氨酯涂料的聚氨酯树脂改性
由于聚氨酯树脂具有许多单体结构，并且可以与一种或多种多元醇和氨基化合物聚合，因此可以获得具有受控的硬度和柔软度的多功能材料，有效提高了水性聚氨酯的使用效率，扩大了水性聚氨酯的使用范围。水性聚氨酯树脂改性的水性聚氨酯涂料不仅具有良好的耐溶剂性和柔韧性，而且具有优异的机械性能和耐化学性。与其他改性树脂相比，这种改性成本更低，其适用范围也更广，且现在已经实现了连续的生产，其工业生产具有良好的商业价值。目前进行水性聚氨酯涂料的聚氨酯树脂改性的主要方法有三种，即物理混合、核-壳乳液共聚和原位乳液聚合。其中，原位乳液聚合是目前使用范围最广的改性方法，能够有效促进水性聚氨酯涂料的聚氨酯树脂改性效率，提高其使用范围，促进高性能水性聚氨酯的广泛使用。添加到系统中的无机物质会引发单体的聚合反应，从而形成复合树脂。如今，它主要用于汽车轮毂、黏合剂、油漆和建筑涂料领域，极大地促进了相关领域的发展，实现了对社会生产的有效支撑。
3 改性后的高性能水性聚氨酯涂料的应用
3.1 用于挡风玻璃涂层领域
作为世界人口第一的国家，我国的汽车保有量连年递增，并且需要大量的涂料来保持车辆挡风玻璃的美观和耐用性。然而，传统的涂料对环境造成破坏且价格昂贵，使得车辆挡风玻璃的生产成本一直居高不下，这对于我国汽车产业的健康发展极为不利。而聚氨酯树脂改性后水性聚氨酯涂料能够实现绿色无污染且成本得到有效降低，更能有效地应用于汽车挡风玻璃上。改性后的水性聚氨酯涂料成膜率比较高，可以保护对汽车挡风玻璃，同时有效地对汽车的整体美观性进行保证，实现水性聚氨酯涂料的有效利用。此外也有效避免了传统涂料对环境的破坏，防止有害物质的扩散对环境造成的危害，保护了人们的身体健康。在实现绿色无污染的基础上，也带来了可观的经济效益，实现了我国水性聚氨酯涂料行业的可持续发展。
3.2 用于汽车涂层领域
在我国，一些对涂料要求相对较低的卡车和其他车辆通常只使用阴极电泳涂料作为车身底漆的喷涂，而传统的聚氨酯涂料则用于底盘、框架和零件的汽车涂装领域。而随着水性聚氨酯涂料的有机硅改性和汽车及其他车辆对涂料的要求越来越高，不仅车身和金属部件的底漆要涂有阴极电泳，并且水性聚氨酯改良涂料也要用于中间漆和面漆的喷涂。目前汽车涂层专业人员可以从小型车辆和防腐要求低的车辆入手，然后逐步使用水性汽车涂料，加强水性聚氨酯涂料的有效应用，实现水性聚氨酯涂料更加广泛的使用，促进我国经济社会的良性发展。
3.3 用于建筑行业领域
水性材料在建筑中的应用可根据不同的喷涂位置分为内墙涂料、外墙涂料、地板覆盖物和屋顶覆盖物，针对施加涂料的介质不同，对涂料的要求也存在差异，一般来说外墙涂料对涂料的要求较高，对涂层的要求不仅必须具有良好的附着力，而且还必须具有较高的耐候性、耐酸碱性、抗冻性和抗紫外线性。目前水性聚氨酯涂料的聚氨酯树脂改性已成功完成，对于建筑领域的适用范围也随之扩大，能够有效提升建筑物的整体质量水平，实现保障建筑工程喷涂效果的作用，促进我国建筑工程的健康可持续发展。
3.4 用于木制家具生产领域
经过多年的广告宣传和不断尝试，水性聚氨酯涂料也开始在我国木制家具市场应用，但其应用率很低，不到整个涂料市场的5％。目前，木制产品中的水性涂料主要用于木制产品，如玩具、相框、工艺品、家具、门等的生产和应用。考虑到当前木制家具涂料和涂料绿色无污染的发展趋势，改性的水性聚氨酯涂料也积极应用于木制家具的涂装中。在木制家具生产使用领域，由于居民通常倾向于购买现成的木制家具来进行家庭装饰，因此通常不会在第一道工序中使用水性涂料，而是在后续装修中使用水性聚氨酯涂料。同时由于水性聚氨酯涂料需要满足特殊的温度和湿度要求，因此工厂装配线只能进行加热和干燥，这就是为什么水性聚氨酯涂料最常用于工厂涂料的原因。如果要在层压板和木制家具中使用水性聚氨酯涂料，则应尝试开发水性聚氨酯涂料烤漆技术。
3.5 用于金属防腐领域
在我国，防腐涂料的使用相对较多。当今市场上已经有大量的水性聚氨酯防腐涂料，主要有以下几种：①自干水性聚氨酯涂料主要用作表面涂层的底漆处理，防腐要求相对较低，例如工程机械设备的防腐处理；②水性聚氨酯涂料烤漆处理，主要用于对防腐性能要求较高的五金设备、底盘、摩托车零件等领域，能够很好地实现防腐的要求；③用于车身、车架、汽车零件等的改性水性聚氨酯喷涂烤漆，其重点是美观和光洁度等。改性水性聚氨酯涂料对于金属防腐具有广泛的应用领域，实现了水性聚氨酯涂料的发展，促进了金属防腐领域的高效发展。
3.6 用于塑料生产领域
塑料材料在我国的制造业中被越来越多地使用，市场上有许多类型的塑料产品，选择正确的水性聚氨酯涂料是必然趋势。目前，塑料涂料中仍使用大量的传统涂料，这些涂料往往会散发出有害的挥发物，对人们的健康和环境具有极大的危害。随着改性水性聚氨酯涂料的使用，这种情况得到极大改善，水性聚氨酯的塑料涂料也开始增加其使用范围。当前，用于塑料生产的水性涂料和木制家具涂料成分相对较近，并且已添加了水性光固化剂。塑料涂料主要用于极性塑料产品的表面。对于由聚乙烯和PP制成的产品，则使用水性聚氨酯底漆。两组分水性聚氨酯在水性塑料涂料中具有出色的性能，并且具有很强的附着力，可以满足大多数塑料产品对水性聚氨酯涂料的要求。因此，它被广泛用于塑料制品的涂料中。由于大多数塑料产品的表面相对光滑，因此水性涂料不能完全满足表面附着力要求，尤其是对于PE和PP塑料产品。因此，提高水性聚氨酯涂料的附着力是未来研究的主要重点。
3.7 用于皮革纺织纸张生产领域
皮革和纺织品是水性聚氨酯涂料的最早应用之一，我国是皮革和纺织品的主要出口国。在这两个领域中，水性聚氨酯涂料的使用也越来越广泛。首先水性皮革涂饰剂主要由两种制备材料组成，水性聚氨酯树脂和丙烯酸乳液，其表面光亮、手感宜人、耐磨性高，且不易起皱，被广泛应用于高品质皮革制品。其次是纺织工业中的水性聚氨酯涂料主要表现在纺织悬浮液和印花涂料中。这些品种主要包括水性聚氨酯涂料和乳液。使用水性聚氨酯的织物覆盖物柔软且手感宜人，因此受到消费者的青睐。再次用于造纸的涂料，清漆主要由丙烯酸乳液、水溶性丙烯酸树脂和水性聚氨酯组成，其中水性聚氨酯主要用于制备高品质的纸张包皮油等。
3 结 论
近年来，水性聚氨酯涂料在油漆和清漆行业中发展迅速，并已广泛应用于各个领域，显示出良好的开发潜力。但是，由于水性聚氨酯涂料的使用受到环境和产品本身要求的限制，并且在使用水性聚氨酯涂料时需要克服许多技术问题，因此需要进一步的努力来替代溶剂型涂料，达到高性能水性聚氨酯涂料应用可持续发展的目的。
来源：新材料与新技术 2021年8月 第47卷 第8期
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