第一篇：水性涂料用功能礦物粉體材料研究進(jìn)展及評(píng)價(jià)

水性涂料用功能礦物粉體材料研究進(jìn)展及評(píng)價(jià)

孫亞光，余現(xiàn)秀

（國(guó)家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，鄭州 450006）

[摘要]介紹了功能礦物粉體材料沸石，電氣石，蒙脫石，蛭石在水性涂料中的應(yīng)用，對(duì)礦物材料和涂料的性能及研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

[關(guān)鍵詞]沸石，電氣石，蒙脫石，蛭石，涂料

1、前言

水性涂料是涂料家族中的重要類(lèi)型，有別于有機(jī)溶劑的油性涂料系列，其是以水做分散溶劑的多種系列涂料的總稱(chēng)，按成膜物質(zhì)不同又可分為丙烯酸，醋酸乙烯，苯乙烯，有機(jī)硅，氟樹(shù)脂等的均聚、共聚或共混系列，主要用八建筑裝飾用內(nèi)外墻涂料，其應(yīng)用同人類(lèi)的生存環(huán)境密切相關(guān)。隨著建筑業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)地位的確立和人民生活水平的不斷提高，水性建筑涂料的品種，產(chǎn)量和用量不斷增加，其功能和質(zhì)量近年來(lái)倍受人們關(guān)注。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，國(guó)內(nèi)水性建筑涂料產(chǎn)量已達(dá)涂料總量的40%。

水性涂料按使用性質(zhì)可簡(jiǎn)單分為普通裝飾性涂料和功能裝飾性涂料兩類(lèi)，其中，功能裝飾性涂料不僅具有普通裝飾性涂料的裝飾功能，而且賦予涂料一些特殊功能。在水性涂料、防火涂料、防水涂料、防霉涂料、防蚊蠅涂料、耐熱涂料、彈性涂料等，能用做增加涂料特殊功能的物質(zhì)也很多，但功能由礦物粉體材料產(chǎn)生的功能裝飾性涂料現(xiàn)主要有抗菌涂料、負(fù)離子涂料、環(huán)境凈化涂料、耐候性涂料等，在涂料中發(fā)揮功能的主要典型礦物粉體材料有沸石、電氣石、蒙脫石、蛭石等。

功能裝飾性涂料不僅為消費(fèi)者提供了新的產(chǎn)品和消費(fèi)理念，也拓寬了水性涂料的應(yīng)用范圍，增大了建筑水性涂料的實(shí)用性和產(chǎn)品檔次，提高了水性涂料在建筑裝飾材料中的地位和作用，同時(shí)也為涂料生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，相應(yīng)也帶動(dòng)了上游礦物功能材料加工業(yè)的發(fā)展。

2、水性涂料用典型功能礦物粉體材料品種和作用

2.1沸石

2.1.1沸石的結(jié)構(gòu)

沸石是由硅氧四面體在三維空間呈骨架排列、相連構(gòu)成立體結(jié)構(gòu)的礦物，硅氧四面體中的部分硅可被侶置換，硅、鋁四面體由共用氧搭橋相連形成集合體，不同鋁、硅置換比率和連接方式形成特殊的微孔和通道，構(gòu)成了結(jié)構(gòu)不同、品種繁多的天然或合成沸石礦物（如黨見(jiàn)的A型、X型、Y型、Z型沸石等）；同時(shí)，也由于硅、鋁置換，使集合體帶一定量的負(fù)電苛；為了保持集合體電苛平衡，在微孔和通道內(nèi)吸附了一定量的NA+、K+、CA2+等金屬離子，但這種吸附離子間的作用力較弱，孔道已吸附離子可被其他更加穩(wěn)定的CU2+、Zn2+、Ag+、C2+、Hg2+等重金屬離子置換，這種置換后的產(chǎn)物為沸石具有抗菌作用打下了基礎(chǔ)。

沸石孔道中離子的吸附和交換受沸石硅鋁比組成、結(jié)晶體構(gòu)造、比表面積、陽(yáng)離子種類(lèi)及位置、吸附和交換環(huán)境等因素制約，不同沸石對(duì)不同金屬離子間的交換有一定的選擇性和飽和性。以Y型沸石為例，用Li+、K+、Ag+都可以完全取代沸石孔道中的NA+，而用RB+、CS+只能進(jìn)行部分取代；在交換度大于68%時(shí)，Y型沸石對(duì)一價(jià)陽(yáng)離子的選擇性交換順序?yàn)椋篈g+>Na+>K+>Li+等。

2.1.2沸石在水性涂料中的作用

經(jīng)重金屬交換處理后的沸石在水性功能涂料中主要用來(lái)做抗菌涂料，其抗

菌原理是利用沸石載體帶入的CU2+、ZN2+AG+、CD2+、Hg2+選擇重金屬離子使細(xì)菌微生物機(jī)體結(jié)構(gòu)變性，可抵制或殺滅細(xì)菌在涂料涂層表面的生長(zhǎng)，達(dá)到使用抗菌涂料保持涂屋自清潔和使環(huán)境被凈化的目的。由于沸石特殊的微孔結(jié)構(gòu)及所載金屬離子同骨架的選擇性結(jié)合，起抗菌作用的金屬離子在涂料涂刷后能以一定的速率緩慢釋放，達(dá)到使涂層具有長(zhǎng)期抗菌的作用。用沸石載體制備的抗菌劑具有抗菌廣譜、持久、安全、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，為抗菌涂料批量生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的原料，也促進(jìn)了抗菌礦物研究的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2．2電氣石

2．2．1電氣石的組成和結(jié)構(gòu)

電氣石是一種同A1、Na、Ｃa、Ｍg、Ｂ和Ｆe等元素組成的含水和氟等的環(huán)狀硅酸鹽晶體礦物，多產(chǎn)于偉晶巖及氣成熱液礦床中，其通過(guò)可表示為

XY3Z6SiO18（BO3）W4，式中X=Na、Ca、K，Y=Mg、Fe、Mn、Al、Li，Z=Al、Fe、Cr、Mg，W、OH、F、O等，同時(shí)礦物構(gòu)成中也包含一些微量元素，電氣石礦物化學(xué)成分非常復(fù)雜，被稱(chēng)為“自然界垃圾桶礦物之一”。根據(jù)富含元素含量，可將電氣石分為鐵電氣石、鎂電氣石、鋰電氣石等，并且某些類(lèi)型的電氣石之間還存在固熔現(xiàn)象。

由于電氣石結(jié)構(gòu)中六元環(huán)的六個(gè)硅氧四面體頂角指向同一方向，使電氣石具有獨(dú)特的異級(jí)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，能產(chǎn)生類(lèi)似于磁鐵磁極的自發(fā)電極，其典型表現(xiàn)為具有熱電性和壓電性，其強(qiáng)度和方向可以被測(cè)量和觀察。

2．2．2電氣石在水性涂料中的作用

電氣石的永久電極能使涂料和環(huán)境中的水發(fā)生電離，產(chǎn)生OH-和H+，OH-同水分子結(jié)合形成水合羥基離子OH-（H2O）n(n約為8~10)，即為空氣負(fù)離子；水電離產(chǎn)生的H+一種途徑是在電極上形成H2放出。其余部分吸收水分子形成水合氫離子進(jìn)入空氣中，使體系負(fù)離子量高于正離子量。電氣石產(chǎn)生的負(fù)離子可吸附空氣中的粉塵、有害氣體（如甲醛、苯、有機(jī)等），并使有害物質(zhì)降解，達(dá)到凈化空氣、改善環(huán)境質(zhì)量的目的；同時(shí)，電氣石的電場(chǎng)也可以強(qiáng)化納米TiO2的光催化效應(yīng)，增加羥基自由基的產(chǎn)生量，具有擴(kuò)菌、殺菌和交貨空氣中含有害氣體的雙重作用；此外，電氣石也具有發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的功能，環(huán)境中適量的遠(yuǎn)紅外線可以被除數(shù)人體皮下組織吸收和產(chǎn)生共振，促進(jìn)人體血液循環(huán)，有利于人體健康，目前市場(chǎng)上起類(lèi)似作用摻加電氣石的建筑材料和保健紡織等已得到廣泛的應(yīng)用，作用等到人們的認(rèn)同。

2．3蒙脫石

2．3．1蒙脫石的結(jié)構(gòu)

蒙脫石是以二個(gè)硅氧四面體夾一個(gè)鋁氧八面體構(gòu)成單位晶胞、并在二維方向上連接成片在Z軸方向以一定厚度疊加而成的層狀礦物，主要存在于膨潤(rùn)土、累托石等層狀或混層狀硅酸鹽粘土礦中，能直接或提純后使用。由于蒙脫石晶胞四面體中的硅被鋁、八面體中的鋁被鎂同晶轉(zhuǎn)換，使片層表面具有過(guò)剩的負(fù)電荷，并通過(guò)層間吸附Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子使晶胞電荷平衡，形成了平衡的雙電層構(gòu)。但這種吸附作用力較弱，層間陽(yáng)離子很容易被其它濃度高、穩(wěn)定性更強(qiáng)的無(wú)機(jī)或有機(jī)陽(yáng)離子置換，使蒙脫石片層結(jié)構(gòu)能被進(jìn)一步膨脹、分散、剝離，甚至解離分散為單元片層結(jié)構(gòu)，使分散后的蒙脫石比表面積急劇增大，也使使用體系的凝膠、耐熱等性能發(fā)生較大的改變。

2．3．2蒙脫石在水性涂料中的作用

蒙脫石在水性涂料中能起到不同的作用功能，以水性功能裝飾涂料材料為

例，由于蒙脫石膨脹、解離后比表面積的急劇增大，使蒙脫石的二維薄片具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)排列有序性，并發(fā)生偏光將就和層間結(jié)晶水對(duì)光的干涉效應(yīng)等，強(qiáng)化了蒙脫石對(duì)紫外線的吸收，能作為耐熱性較差的涂料成膜層和顏料屏蔽保護(hù)劑，在耐候性外墻涂料配方中已得到較好的應(yīng)用。

同時(shí)，同沸石的抗菌機(jī)理類(lèi)似，蒙脫石所帶的層間離子也能用Cu2+、Zn2+、Ag2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子交換，生成具有緩釋作用的抗菌功能性蒙脫石，但蒙脫石蒙脫石層間交換上的重金屬離子同片層的結(jié)合力較沸石中離子弱，易于游離出來(lái)并被除還原，使抗菌功能減弱，并易使體系變色。因此，用蒙脫石做載體具有較好的抗菌作用的抗菌劑一般使用重金屬絡(luò)合物的鹽做抗菌離子交換劑，其能有效控制抗菌組分的勻速溶出，這樣改性的蒙脫石也用來(lái)制備抗菌涂料。此外由于分散后蒙脫石層而的負(fù)電性和邊沿的正電性加強(qiáng)，片層可形成“Z”字型連接的搭接結(jié)構(gòu)，能使分散系的凝膠性能發(fā)生較大變化，經(jīng)特殊處理后甚至可形成很高粘度的無(wú)機(jī)凝膠體，利用此特性，處理后的蒙脫石在水性涂料中可部分或完全替代價(jià)格較高的羧甲基纖維素類(lèi)有機(jī)增稠劑，使體系保持較高的粘度，用其配制的水性涂料具有成本較低的特點(diǎn)。

2．4 蛭石

2．4．1 蛭石的結(jié)構(gòu)

礦物學(xué)所指的蛭石是其結(jié)構(gòu)單元層同蒙脫石類(lèi)似的2：1型層狀礦物，但差別為其硅氧四面體和鋁氧八面體中的硅、鋁分別被更多的鋁、鎂及鐵轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換使晶胞具有更高的層間負(fù)電荷，層間能平衡更多的可交換性陽(yáng)離子和水分子；層間水分子既以氫鍵與結(jié)構(gòu)表面的氧搭橋相聯(lián)，又彼此間以弱的氫鍵相互聯(lián)結(jié)，同時(shí)又圍繞層間陽(yáng)離子形成配位八面體。此外，層間存在的大量水既有利于層間離子的交換，也使蛭石受熱時(shí)體積急劇膨脹。

而工業(yè)上通過(guò)所指的“蛭石”包括礦物學(xué)意義上的蛭石，以及同金云母、黑云母和綠泥石以規(guī)則或不規(guī)則間層結(jié)合的類(lèi)云母狀硅酸鹽礦物，其共同特征是結(jié)構(gòu)中均含有純礦物蛭石晶層，蛭石的結(jié)構(gòu)和特性使其成為可功能應(yīng)用的礦物粉體材料品種。

2．4．2 蛭石在水性涂料中的作用

蛭石由于特殊的間層結(jié)構(gòu)，具有保溫、隔熱、隔音、抗菌、耐冷等優(yōu)良性能，已大量用于輕質(zhì)保溫材料。其在水性涂料中的應(yīng)用則同沸石、蒙脫石的抗菌作用類(lèi)似，當(dāng)用Cu2+、Zn2+、Ag2+、Cd2+、Hg2+等重金屬離子與蛭石層間離子交換時(shí)，也形成具有緩釋作用的抗菌蛭石。由于蛭石的層間電荷比蒙脫石高，用蛭石制備的抗菌蛭石具有抗菌范圍廣譜、作用持久、制品顏色穩(wěn)定性好、無(wú)毒無(wú)刺激、成本低等特點(diǎn)。用礦物粉體材料制備的功能性水性涂料研究進(jìn)展及評(píng)價(jià)

3．1 水性抗菌涂料研究進(jìn)展和評(píng)價(jià)

現(xiàn)以沸石、蒙脫石、蛭石為抗菌成分載體制備的抗菌水性涂料抗菌元素主要集中等特點(diǎn)，并在水性抗菌涂料中部分已得到廣泛應(yīng)用，但也存在著一些問(wèn)題，表現(xiàn)在以下方面：

1)抗菌元素的選用問(wèn)題

雖然現(xiàn)在大部分抗菌劑主要選用銀做抗菌成分，但用銀做抗菌的成本相對(duì)較高；同時(shí)Ag+的穩(wěn)定性稍差，易被轉(zhuǎn)化為金屬銀使制品變色；Ag+也容易同環(huán)境中大量的帶Cl-的物質(zhì)作用生成喪失活性的AgCl，使體系抗菌性能降低。

對(duì)其它抗菌成分的選用問(wèn)題一直是抗菌劑制備的研究熱點(diǎn)，如鋅系抗菌劑雖然沒(méi)有銀系抗菌能力強(qiáng)，但也有較高的搞菌活性，其優(yōu)勢(shì)是成本低、制備顏色穩(wěn)定性好。各種抗菌成分的合理使用和有效組合是制備抗菌作用強(qiáng)、穩(wěn)定性好的新型抗菌劑的發(fā)展方向。

2)抗菌載體的特性

目前沸石用的載體多為合成產(chǎn)物，其具有純度高、白度高、離子交換能力強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但由于合成產(chǎn)品成本高也限制了其使用。從天然沸石礦資源中選取性能穩(wěn)定、品質(zhì)好的沸石資源是抗菌涂料行業(yè)的發(fā)展要求。我國(guó)有豐富的蒙脫石、蛭石資源，但這些天然礦物的白度與裝飾性涂料的要求有一定的差距，以蒙脫石、蛭石為載體制備的抗菌涂料主要用于深色系列抗菌涂料產(chǎn)品。

3)抗菌劑與涂料其他成分的相容問(wèn)題

涂料是復(fù)雜的多元物質(zhì)復(fù)配體系，除量大的成膜物質(zhì)外，其必不可少的助劑還有分散劑、成膜助劑、增稠劑、消泡劑、流平劑、防腐劑pH調(diào)節(jié)劑，添加的抗菌劑應(yīng)同涂料其它組分有良好的相容性，抗菌組分在體系中的作用狀況以不影響其他的性能為前提。

3．2 保健和凈化水性礦物涂料以添加電氣石的負(fù)離子環(huán)保型涂料為代表，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。電氣石由于具有自發(fā)極化效應(yīng)，其在涂料中使用后能長(zhǎng)期向環(huán)境釋放（OH-（H2O）n結(jié)構(gòu)的負(fù)離子，而負(fù)離子對(duì)環(huán)境的凈化和人體的保健作用已得到人們的認(rèn)可，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已有負(fù)離子涂料銷(xiāo)售，負(fù)離子涂料已成為目前生產(chǎn)企業(yè)失去產(chǎn)品銷(xiāo)售新的突破口。但是，目前負(fù)離子涂料的研究和生產(chǎn)中也存在一些問(wèn)題，表現(xiàn)在以下方面，需要行業(yè)進(jìn)行技術(shù)規(guī)范和協(xié)作加以完善，以促進(jìn)這種新型涂料和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（1）無(wú)規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

負(fù)離子涂料對(duì)環(huán)境和人體的重要凈化和保健作用是由負(fù)離子發(fā)生量決定的，但目前由于研究和推廣應(yīng)用的前沿性，所用的檢測(cè)儀器和檢測(cè)方法的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性急需規(guī)范、統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)化工作應(yīng)及時(shí)配套，以利于規(guī)范評(píng)定產(chǎn)品性能的評(píng)價(jià)，不使“負(fù)離子”品牌淪為商家推銷(xiāo)產(chǎn)品的一個(gè)賣(mài)點(diǎn)。

（2）負(fù)離子強(qiáng)化粉體基礎(chǔ)研究進(jìn)一步完善

由于電氣石結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使不同組成和產(chǎn)地的電氣石負(fù)離子發(fā)生量有較大差別，添加負(fù)離子發(fā)生劑的產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用效果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使人明顯感覺(jué)“心曠神怡”的程度。國(guó)內(nèi)目前在此此研究實(shí)力較強(qiáng)的中國(guó)建筑材料研究院采用添加納米TiO2、稀土氧化物、稀土復(fù)合鹽同電氣石粉體負(fù)離子發(fā)生效果，但從其公開(kāi)的強(qiáng)化粉體配比技術(shù)資料看，稀土氧化物或稀土復(fù)合鹽同電氣石的混用比例均較高，有的甚至明確電氣石/稀土氧化物質(zhì)量比為1：2，稀土氧化物配比量已超過(guò)電氣石量，經(jīng)過(guò)處理的復(fù)合粉體報(bào)道有較高的負(fù)離子發(fā)生量，但資料未報(bào)道同樣條件下其所用純稀土、純電氣石的單項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，因此，用稀土等復(fù)合制備的電氣石復(fù)合粉體負(fù)離子發(fā)生量指標(biāo)較高的主要原因值得進(jìn)一步落實(shí)和商榷。

（3）電氣石粉體色澤的局限性

用做負(fù)離子發(fā)生劑的電氣石主要為非寶石級(jí)，色澤多為黑色或深灰色，而做為內(nèi)墻裝飾用的室內(nèi)涂料色澤一般較淺，使深色的電氣石功能粉體在涂料中的添加量從涂料色澤角度考慮受到較大限制，其在淺色涂料中的使用量很有限，使負(fù)離子最佳功能效果發(fā)揮難度較大，因而，淺色、高強(qiáng)負(fù)離子粉體研究和應(yīng)用有較大的市場(chǎng)。

（4）電氣石粉體同涂料組分的相容性

同其它功能涂料配方類(lèi)似，純電氣石粉體或復(fù)合粉體同涂料組分也存在一定的相容性問(wèn)題，如從粉體自身角度考慮，粒度越小、比表面積越大，負(fù)離子釋放效率越高；但超細(xì)粉分散在涂料體系中后，一是容易被成膜物質(zhì)完全包裹，減弱其負(fù)離子量，二是其遮蓋力較強(qiáng)，使其在淺色體系中的添加量受到更大的制約，負(fù)郭發(fā)生量降低；此外，還要考慮電氣石同其他物質(zhì)相互作用的影響問(wèn)題等。

3．3水性耐候性涂料的研究進(jìn)展和評(píng)價(jià)

采用蒙脫石類(lèi)層狀礦物改性制備的高耐性外墻具有成本低、耐老化性能好、使用方便等特點(diǎn)，據(jù)報(bào)道能達(dá)到用納米SiO2制備的耐候性外墻涂料的老化指標(biāo)，并且使用時(shí)比納米SiO2易于分散，能以粉劑或漿料形式加入，而成本僅為納米SiO2的1/3，具有較好的市場(chǎng)推廣空間。同時(shí)，分散后的蒙脫石具有較高的粘度，也能減少涂料體系中耐候性較差的有機(jī)增稠劑的用量，利于涂料生產(chǎn)和施工。但處理后的蒙脫石同納米SiO2相比，由于是直接采用天然粘土礦物加工，礦物的色澤較深，做外墻涂料添加劑使用時(shí)雖然不象內(nèi)墻涂料對(duì)原料色澤要求那樣窄，但配料時(shí)要隨時(shí)注意所用礦物色澤的變化，及時(shí)調(diào)整涂料配方，以保持涂料色調(diào)和耐老化性能的一致。

同時(shí)，在耐候性涂料的研究和生產(chǎn)中，新的品種更加注重賦予涂料多種功能的協(xié)同性，如耐性涂料同時(shí)也具有抗菌性，自潔性、抗污染性等，其高抗污染的原理之一是利用涂料的自動(dòng)分層作用和結(jié)合納米材料在涂料中的應(yīng)用，制得一次涂裝但面層和底層有不同組成和結(jié)構(gòu)的涂膜，其面層涂層因具有較高的附著力，因而具有較高的抗污染和持久耐候和綜合性能，其研究?jī)?nèi)容和深度具有較大的開(kāi)拓空間。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用礦物粉體材料制備的沙發(fā)功能涂料具有較好的市場(chǎng)容量和發(fā)展空間也是生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、拓展服務(wù)功能、降低產(chǎn)品成本、營(yíng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的必然要求；同時(shí)，高品質(zhì)的產(chǎn)品回應(yīng)了消費(fèi)者對(duì)涂料產(chǎn)品功能的更高需求；水性功能礦物涂料的發(fā)展也將帶動(dòng)非金屬礦物粉體材料行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，能為礦物加工帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

第二篇：水性涂料的應(yīng)用及研究進(jìn)展

九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院專(zhuān)科論文

JIU JIANG UNIVERSITY

畢 業(yè) 論 文

題 目 水性涂料的應(yīng)用及研究進(jìn)展

英文題目 Application and research progress of Waterborne Coatings

院 系 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 精細(xì)與化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù) 姓 名 汪洋 年 級(jí) B1311 指導(dǎo)教師 付小蘭

二零 15 年 11 月

目錄

九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院專(zhuān)科論文

摘要

低碳環(huán)保是現(xiàn)今社會(huì)都在追求潮流，水性涂料及其產(chǎn)品符合低碳環(huán)保的要求所以發(fā)展?jié)摿薮?。與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，水性涂料具有環(huán)保和性能優(yōu)異等特點(diǎn)，成為涂料工業(yè)的發(fā)展主流。隨著環(huán)保概念的普及，環(huán)保涂料已經(jīng)成為家具市場(chǎng)新的選擇，水性涂料將會(huì)得到越來(lái)越多消費(fèi)者的認(rèn)可，但是因其價(jià)格、裝飾效果等諸多原因影響，水性涂料未能夠成為市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，而其助劑是水性涂料不可缺少的組分，助劑的產(chǎn)品質(zhì)量和發(fā)展水平也從一個(gè)側(cè)面反映涂料產(chǎn)品質(zhì)量和水平。本文分別從概念、發(fā)展歷程、工藝流程、應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)幾方面對(duì)水性涂料進(jìn)行了說(shuō)明和總結(jié),同時(shí)指出了水性涂料存在的問(wèn)題，并對(duì)我國(guó)的水性涂料前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：低碳環(huán)保 ；水性涂料；溶劑涂料；樹(shù)脂

九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）水性涂料的簡(jiǎn)介

凡是用水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料，都可稱(chēng)為水性涂料，又稱(chēng)水基涂料。水性涂料的組成為水性樹(shù)脂、顏填料助劑、中和劑、水等。水性涂料與溶劑型涂料的組成大體相同，但水性涂料需用的助劑更多，配方更復(fù)雜。由于水作為分散劑或溶劑，水性涂料存在如下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)約資源，消除了施工時(shí)的火災(zāi)危險(xiǎn)性，降低了對(duì)環(huán)境的污染。（2）在溫表面和潮濕環(huán)境中可直接涂覆施工。（3）電泳涂裝使涂膜均勻、平整、展開(kāi)性好，具有很好的防護(hù)性能。（4）涂裝工具可用水清洗，能大大減少清洗溶劑的消耗[4]。

1.1 水性涂料的發(fā)展歷程

涂料工業(yè)屬于近代工業(yè)，但涂料本身卻有著悠久的歷史。中國(guó)是世界上使使用天然樹(shù)脂作為成膜物質(zhì)的涂料——大漆最早的國(guó)家。早期的畫(huà)家使用的礦物顏，是水的懸浮液伙食用水或清蛋白來(lái)調(diào)配的，這就是最早的水性涂料。真正懂得使用溶劑，用溶劑來(lái)溶解固體的天然樹(shù)脂，制得快干的涂料是19世紀(jì)中葉才開(kāi)始的[5]。所以從一定意義上講，溶劑型涂料的使用歷史遠(yuǎn)沒(méi)有水性涂料那么久遠(yuǎn)。最簡(jiǎn)單的水性涂料是石灰乳液，大約在一百年前就曾有人計(jì)劃向其中加入乳化亞麻仁油進(jìn)行改良，這恐怕就是最早的乳膠漆。從20世紀(jì)30年代中期開(kāi)始，德國(guó)開(kāi)始把聚乙烯醇作為保護(hù)膠的聚醋酸乙烯酯乳液作為涂料展色使用。

到了50年代，純丙烯酸酯乳液在歐洲和美國(guó)就已經(jīng)有限售，但是由于價(jià)格昂貴，其產(chǎn)量沒(méi)有太大增加。進(jìn)入60年代，在所有發(fā)展的乳狀液中，最為突出的是醋酸乙烯酯-乙烯，醋酸乙烯酯與高級(jí)脂肪酸乙烯共聚物也有所發(fā)展，產(chǎn)量有所增加。70年代以來(lái)，由于環(huán)境保護(hù)法的制定和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)、各國(guó)限制了有機(jī)溶劑及有害物質(zhì)的排放，從而使油漆的使用受到種種限制。75%的制造油漆的原料來(lái)自石油化工，由于西方工業(yè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)危機(jī)和第三世界國(guó)家調(diào)整石油價(jià)格所致，在世界范圍內(nèi)，普遍要求解約能源和解約資源?；谏鲜鲈颍酝苛?，特別是乳膠漆，作為代油產(chǎn)品越來(lái)越引起人們的重視。水性涂料的制備技術(shù)進(jìn)步很快，特別是乳液合成技

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度。但是近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，開(kāi)放程度的進(jìn)一步提高，與世界經(jīng)濟(jì)的接軌和資源日趨緊張，以及人們對(duì)環(huán)保和身體健康的重視，水性涂料在我國(guó)已面臨良好的發(fā)展機(jī)遇。

1.2 水性涂料生產(chǎn)工藝流程

水性涂料的生產(chǎn)過(guò)程就是將各種組分的原材料按一定的順序投入，分散均勻的過(guò)程，一般乳膠漆的生產(chǎn)工藝包括3個(gè)部分：

1.漿料的制備：首先將水、分散劑、消泡劑、防腐劑等液體物料投入分散罐中，攪拌均勻，在攪拌狀態(tài)下將著色顏料和體質(zhì)顏料依次投入，并加速分散20~40分鐘； 2.水性涂料配制：在調(diào)漆罐中投入乳液，再加入增稠劑、PH調(diào)節(jié)劑、防凍劑、成膜助劑、消泡劑等助劑，攪拌15分鐘左右，至完全均勻后，檢測(cè)出料[7]； 3.涂料過(guò)濾及產(chǎn)品包裝：在乳膠漆的生產(chǎn)過(guò)程中，由于少部分顏（填）料尚未被分散，或因破乳化成顆粒，或有雜質(zhì)存在于涂料中，因此此時(shí)的涂料需經(jīng)過(guò)濾除去粗顆粒和雜質(zhì)才能獲得質(zhì)量好的產(chǎn)品，可根據(jù)產(chǎn)品的要求不同，選用不同規(guī)格的篩網(wǎng)及不同容器包裝，并做好計(jì)量，這樣才能得到最終的產(chǎn)品。

水性涂料配制中的要點(diǎn)：

1.配方材料應(yīng)盡可能選用分散性好的顏料和超細(xì)填充料，從而在穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，取消研磨作業(yè)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率；

2.在前期分散階段，可預(yù)先投入適量HEC，不僅有助于分散，同時(shí)防止或減少漿料沾壁現(xiàn)象，改善分散效果；

3.在液體增稠劑加入之前，應(yīng)盡量用3~5倍水調(diào)稀后，在充分?jǐn)嚢柘戮徛尤?，從防局部增稠劑濃度過(guò)高使乳液結(jié)團(tuán)或形成膠束，增稠劑可放在漿料分散后投入到漿料中充分?jǐn)嚢枰悦獬霈F(xiàn)上述問(wèn)題；

4.消泡劑的加入方式一半加到漿料中去，另一半加到配漆過(guò)程中，這樣能使消泡效果更好；調(diào)漆過(guò)程中，攪拌轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在200~400r/min以防生產(chǎn)過(guò)程中引入大量氣泡，影響涂料質(zhì)量。

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交聯(lián)型，都存在單組分與雙組分兩種體系。水性聚氨脂涂料除具備溶劑型聚氨脂涂料的優(yōu)良性能外，還具有難燃、無(wú)毒無(wú)污染、易貯運(yùn)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)．

目前，水性聚氨脂涂料的發(fā)展主要還受到原材料、固化劑、封閉劑、交聯(lián)劑等的限制．因此，研制相應(yīng)的原材料和助劑也是發(fā)展水性聚氨脂涂料的關(guān)鍵．

2.水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料工業(yè)[16]

水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料是由雙組份組成：一組份為疏水性環(huán)氧樹(shù)脂分散體（乳液）；另一組份為親水性的胺類(lèi)固化劑，其中的關(guān)鍵在于疏水性環(huán)氧樹(shù)脂的乳化．美國(guó)一家公司生產(chǎn)一種KNT501水性環(huán)氧-聚酯涂料．該涂料施工方法簡(jiǎn)單，可在流水線上作業(yè)，特別適合于大槽浸涂．槽液無(wú)結(jié)皮現(xiàn)象、漆膜平整光滑、豐滿(mǎn)度高、具耐鹽霧性，可防護(hù)涂飾件的內(nèi)腔腐蝕．水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料可廣泛地用作高性能涂料、設(shè)備底漆、工業(yè)廠房地板漆、運(yùn)輸工具底漆、汽車(chē)維修底漆、工業(yè)維修面漆等。

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3.3水性金屬防腐涂料[19]

目前，溶劑型金屬防腐涂料仍占重要地位。基于環(huán)境保護(hù)的要求，水性金屬防腐涂料發(fā)展非常迅速。金屬防腐涂料重點(diǎn)在于解決提高面層涂料的耐火和超厚型涂裝。防腐涂料對(duì)成膜物有較高的要求，包括化學(xué)穩(wěn)定性，漆膜結(jié)構(gòu)，柔韌的機(jī)械性能等。要求樹(shù)脂對(duì)金屬腐蝕的相對(duì)指數(shù)盡可能高。美國(guó)防腐涂料用樹(shù)脂的比例最高是環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂是最重要的防腐涂料基料，防腐效果最理想。環(huán)氧樹(shù)脂在防腐涂料中的用量約占40%。其它樹(shù)脂占60%，包括聚氨醋、無(wú)機(jī)硅和乙烯樹(shù)脂等。環(huán)氧樹(shù)脂的主要缺點(diǎn)是低溫不固化，不利于低溫施工。聚氨醋樹(shù)脂可以低溫固化，性能比較全面，是很有發(fā)展前景的防腐涂料樹(shù)脂基料。

3.4水性木器涂料[20]

木器漆從桐油開(kāi)始，具有長(zhǎng)久歷史。后來(lái)發(fā)展了樹(shù)脂漆。包括聚氨酷漆、硝基漆、酚醛漆和不飽和聚醋漆等。國(guó)外水性木器漆研究較早，品種較多。美國(guó)威特克公司研制成功一種高固體分水性聚氨醋分散體，用于木質(zhì)地板，高耐磨，含固40%。德國(guó)專(zhuān)利報(bào)導(dǎo)一種用于木器的含季銨基團(tuán)的水溶性聚丙烯酸漆，氨基樹(shù)脂固化的丙烯酸樹(shù)脂木器用水性涂料。歐洲專(zhuān)利報(bào)導(dǎo)了作清漆的聚氨酯改性丙烯酸水性分散體。廣州市堅(jiān)紅化工廠和廣州市涂料研究所開(kāi)展了木器水性涂料的研制工作，研究了常溫交聯(lián)的，耐候的，防污染的，強(qiáng)附著力的，裝飾性?xún)?yōu)良的各種性能配方。并推出單組分門(mén)窗漆，雙組分交鏈型木器清漆和色漆以及地板漆等產(chǎn)品，其光澤，耐高溫、耐水及干燥速度等各項(xiàng)指標(biāo)均接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。

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參 考 文 獻(xiàn)

[1] Doren K, Freitag W, Stoye D.Water Borne Coatings[M].The Environmentally-Friendly Alternative.Hanser Publishers,1994.[2] 明偉華,府壽寬.對(duì)應(yīng)于綠色環(huán)境保護(hù)的涂料發(fā)展動(dòng)向[J].1998,10(2):194-201.[3] DavidBernd.Solvent-based and water-based systems for automotive coating [J].Berfkroniek, 2000,73(6): 36-38.[4] Robin A.Reinhardt, Wernfried Heilen, Ellen Walhorn, Stefan Silber and Jay W.Adams.Defoamer selection in waterborne coatings[J].Journal of Coatings Technology, 1998,（10）：157-160 [5]孟歡，張學(xué)俊，張蕾.水性涂料的研究進(jìn)展[J].上海涂料，2010,48（7）[6]文炯.涂料發(fā)展的新方向——水性化［J］.江西化工，2001（04）

[7]石亞軍，陳中華，余飛.水性環(huán)氧防腐涂料的制備與性能研究［J］.電鍍與裝飾，2009 [8] 趙金榜.21世紀(jì)世界涂料技術(shù)的發(fā)展[J].中國(guó)涂料,2001,(3):40—45.[9] 武利民.我國(guó)涂料研究開(kāi)發(fā)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距[J].中國(guó)涂料,2000,(4):14—18.[10] 張小冬,荊進(jìn)國(guó).技術(shù)創(chuàng)新與國(guó)有涂料企業(yè)發(fā)展[J].中國(guó)涂料,2000,(1):9—14.[11] 趙金榜.21世紀(jì)的涂料工業(yè)展望[J].船舶,2001(1):16—22.[12] 陳湘南.環(huán)境保護(hù)與涂料的開(kāi)發(fā)動(dòng)向[J].中國(guó)涂料,1998,(5):43—47.[13] 沈艷濤,周絡(luò).水性聚氨酯涂料的研究現(xiàn)況與發(fā)展趨勢(shì)[J].涂料工業(yè)，2002,(1):27-30.[14] 李延科,凌愛(ài)蓮,桑鴻勛,等.丙烯酸酯改性聚氨酯乳液性能研究[J].粘接，2000,(4):22-23.[15] 任彥強(qiáng),任彥修.聚氨酯涂料用新型聚酯二醇的合成[J].涂料工業(yè),2001,(9):17-19.[16] 胡慧萍,劉素琴,黃可龍,等.水基改性環(huán)氧樹(shù)脂涂料的合成研究[J].湖南化工，1999,29(6):41-43.[17] 王敏.水性建筑涂料的應(yīng)用及發(fā)展前景[J.上海建材,2002,(3):14-15 [18] 夏赤丹, 周福香, 肖瑩.水性涂料工業(yè)的進(jìn)展[J.江漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,(1):30-33 [19] 鄧森元.水性涂料應(yīng)用概況[J].廣州化工，1996（2）:8-13 [20] 張逸康，林澤聰，我國(guó)工業(yè)水性木器涂料的現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J.中國(guó)涂料,2007,(6):4-6

第三篇：淺析水性聚氨酯涂料研究進(jìn)展論文

隨著人們環(huán)保、能源意識(shí)的增強(qiáng),特別是各國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì)涂料體系中有機(jī)揮發(fā)物(VOC)含量的嚴(yán)格限制, 促進(jìn)了水性涂料為代表的低污染型涂料的發(fā)展。水性涂料是以水為分散介質(zhì)的一類(lèi)涂料,具有不燃、無(wú)毒、不污染環(huán)境、節(jié)省能源和資源等優(yōu)點(diǎn)。水性聚氨酯涂料將聚氨酯涂膜的硬度高、附著力強(qiáng)、耐磨蝕、耐溶劑性好等優(yōu)點(diǎn)與水性涂料的低VO C含量相結(jié)合,且聚氨酯聚合物具有裁剪性,采用分子設(shè)計(jì)原理,結(jié)合新的合成和交聯(lián)技術(shù),能有效控制涂膜聚合物的組成和結(jié)構(gòu),使水性聚氨酯涂膜性能相當(dāng)于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑型涂料,成為發(fā)展最快的涂料品種之一。聚氨酯水分散體涂料

1.1 水性聚氨酯分散體的合成聚氨酯(PU)水分散體的制備多采用聚合物自乳化法,即在聚合物鏈上引入適量的親水基團(tuán),在一定條件下自發(fā)分散形成乳液。根據(jù)擴(kuò)鏈反應(yīng)不同,自乳化法可分為: 丙酮法、熔融分散法、預(yù)聚體分散法和酮亞胺法等,其中丙酮法和預(yù)聚體分散法較為成熟。丙酮法的擴(kuò)鏈反應(yīng)在均相體系中進(jìn)行, 易于控制,重復(fù)性好,乳液質(zhì)量高,適應(yīng)性強(qiáng)。但需回收丙酮溶劑,生產(chǎn)效率低、能耗大。預(yù)聚體分散法的擴(kuò)鏈反應(yīng)在非均相體系中進(jìn)行,無(wú)需使用大量的有機(jī)溶劑,可制備有支化度的聚氨酯乳液。近年來(lái)聚氨酯水分散體的研究熱點(diǎn)有:(1)以脂肪族異氰酸酯單體為原料,采用預(yù)聚物混合工藝,研究軟段多元醇的分子量、親水離子含量和聚氨酯預(yù)聚物分子量等對(duì)聚氨酯分散體的粒子結(jié)構(gòu)、形態(tài)、穩(wěn)定性和涂膜物理力學(xué)性能等的影響,在宏觀物性上探討聚氨酯水分散體的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面作了大量工作;(2)系統(tǒng)研究擴(kuò)鏈劑種類(lèi)、擴(kuò)鏈工藝、中和度、介質(zhì)介電常數(shù)等對(duì)分散體形態(tài)和結(jié)構(gòu)影響,研究分散體的流體力學(xué)行為,并采用熱分析技術(shù),研究分散體涂膜的降解動(dòng)力學(xué);(3)相繼出現(xiàn)了采用軟段離子化和離子化擴(kuò)鏈劑等合成分散體的新方法,如魏欣[4 ]等采用含叔胺基聚醚合成系列聚氨酯離聚物, Wei等采用離子化的聚氧乙烯化胺(N PEO)制備以N PEO為內(nèi)乳化劑的聚氨酯水分散體。水性聚氨酯分散體的制備工藝涉及到脲鏈段的生成,有機(jī)溶劑的大量消耗,特殊的封端反應(yīng), 過(guò)量的NCO基含量及特別的反應(yīng)物(如離子型擴(kuò)鏈劑),其共同缺點(diǎn)是合成工藝復(fù)雜,質(zhì)量可控性差,因此,探索易于控制的水性聚氨酯分散體的合成方法成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。聚氨酯分散體涂料的改性研究

聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳膠膜的耐水性差、耐溶劑性不良、硬度、表面光澤度低等,交聯(lián)改性可以進(jìn)一步提高聚氨酯水分散體涂料的機(jī)械性能和耐化學(xué)品性能。首先,通過(guò)選用多官能度的合成原材料如多元醇、多元胺擴(kuò)鏈劑和多異氰酸酯交聯(lián)劑等合成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯分散體。其次,添加內(nèi)交聯(lián)劑,如碳化二亞胺、甲亞胺和氮雜環(huán)丙烷類(lèi)化合物,在堿性條件下相當(dāng)穩(wěn)定,在聚氨酯乳液中能穩(wěn)定存在,涂膜在干燥過(guò)程中由于水及中和劑的揮發(fā),使得膠膜中的pH值下降,交聯(lián)反應(yīng)得以進(jìn)行。另外熱活化交聯(lián)是由封端型異氰酸酯乳液與聚氨酯乳液混合形成穩(wěn)定的單組分乳液,干燥后進(jìn)行熱處理能使高反應(yīng)性的N CO基團(tuán)再生,與聚氨酯分子所含的活性氫基團(tuán)(如羥基、胺基、脲基、聚酯基)反應(yīng)形成交聯(lián)的涂膜。自動(dòng)氧化交聯(lián)的水性聚氨酯,是將含不飽和鍵的植物油或其脂肪酸引入其分子鏈中,由金屬催干劑(如鈷、錳、鋯鹽)來(lái)催化自交聯(lián),其原理與自干性醇酸相同。

復(fù)合改性也可提高聚氨酯乳液的性能,包括環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅和丙烯酸酯復(fù)合改性。許戈文等通過(guò)環(huán)氧改性水性聚氨酯,將環(huán)氧樹(shù)脂較高的支化度引入到聚氨酯主鏈上,提高乳液涂膜的附著力、干燥速率、涂膜硬度和耐水性。王武生等采用氨基丙基三乙氧基硅烷與多異氰酸酯反應(yīng)合成端硅氧烷聚氨酯預(yù)聚體,然后分散于水中,依靠硅氧烷水解縮合擴(kuò)鏈交聯(lián)制備交聯(lián)水分散聚氨酯。研究發(fā)現(xiàn)這種硅氧烷封端的聚氨酯水分散體形成的涂膜具有優(yōu)良的耐水性,其涂膜的硬度、抗拉強(qiáng)度隨硅含量的增加而上升,具有優(yōu)良的力學(xué)性能。丙烯酸酯改性聚氨酯乳液(PU A)可將聚氨酯的較高的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度、優(yōu)異的柔性和耐磨損性能與丙烯酸樹(shù)脂的良好附著力、較低的成本有機(jī)地結(jié)合,制備出高固含量、低成本的水性樹(shù)脂,降低加工能耗。PUA乳液的制備方法較多,主要包括: 物理共混;合成帶C= C雙鍵的不飽和氨基甲酸酯單體和丙烯酸酯單體共聚;采用PU乳液作種子,進(jìn)行種子乳液聚合;封端PU 乳液與含羥基的丙烯酸樹(shù)脂乳液聚合;也有采用接枝互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)進(jìn)行改性。新型的PUA復(fù)合乳液主要集中在有關(guān)PU A的互穿聚合物膠乳、核/殼乳液、超濃乳液、封端型乳液等的合成與性能研究,而該領(lǐng)域具有核殼結(jié)構(gòu)微乳液的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究尤受重視。雙組分水性聚氨酯涂料

雙組分水性聚氨酯涂料由含有活潑異氰酸基團(tuán)的固化劑組分和含有可與異氰酸基團(tuán)反應(yīng)的活潑氫(羥基)的水性多元醇組分組成,分述如下。

2.1 水性多元醇體系

水性雙組分聚氨酯涂料的多元醇體系必須具有分散功能,能將憎水的多異氰酸酯體系很好地分散在水中,使得分散體粒徑足夠小,保證涂膜具有良好的性能。水性雙組分聚氨酯涂料的多元醇有分散體型多元醇(粒徑小于0.08μm)和乳液型多元醇(粒徑在0.08 μm～ 0.5μm之間)。乳液型多元醇的制備采用乳液聚合技術(shù),具有工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn);乳液型多元醇的分子量較高,對(duì)多異氰酸酯固化劑的分散能力較差;為了改善涂膜的外觀,必須采用親水改性的多異氰酸酯固化劑,或采用高剪切力混合設(shè)備。

分散體型多元醇的制備一般是在有機(jī)溶劑中合成含有親水離子或非離子鏈段的樹(shù)脂,通過(guò)相轉(zhuǎn)移將樹(shù)脂熔體或溶液分散在水中得到。其優(yōu)點(diǎn)為聚合物的分子量及其分子量分布易于控制。但分散體多元醇粘度較大,其施工固體含量較高,引入的親水單體會(huì)降低雙組分涂膜的耐水性。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分散體型多元醇可分為:聚酯分散體多元醇,丙烯酸分散體多元醇和聚氨酯分散體多元醇。丙烯酸分散體多元醇具有較低的分子量,較高的羥基官能度,配制的涂膜交聯(lián)密度較高,具有良好的耐溶劑性、耐化學(xué)品性和較好的耐侯性,但涂膜的干燥速度較慢。聚酯分散體多元醇配制的雙組分涂料具有良好的流動(dòng)性,涂膜光澤較高,適用于配制高光色漆。其缺點(diǎn)是聚酯分子鏈的酯鍵易水解,聚合物鏈易產(chǎn)生斷裂。將丙烯酸聚合物接枝到聚酯分子鏈上制備聚酯-丙烯酸復(fù)合分散體多元醇,可以提高聚酯鏈的耐水解性,該多元醇配制的雙組分涂料將聚酯的軟鏈段和丙烯酸樹(shù)脂的硬鏈段結(jié)合在一起,有利于涂膜的硬度和柔韌性保持良好平衡。聚氨酯分散體多元醇配制的雙組分涂料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能和耐化學(xué)性能,而且可通過(guò)調(diào)整氨基甲酸酯鍵的濃度來(lái)裁剪涂膜性能。因此,聚氨酯多元醇分散體是理想的雙組分聚氨酯涂料的羥基組分。

2.2 多異氰酸酯體系選擇

用于雙組分水性聚氨酯涂料體系的固化劑有: 親水改性多異氰酸酯固化劑、低粘度多異氰酸酯固化劑和較難與水反應(yīng)的固化劑。脂肪族異氰酸酯的二聚體和三聚體是聚氨酯涂料常用的固化劑,環(huán)狀的三聚體具有穩(wěn)定的六元環(huán)結(jié)構(gòu)及較高的官能度, 粘度較低,易于分散,具有較好的涂膜性能;縮二脲固化劑由于粘度較高,不易分散,較少直接應(yīng)用于水性雙組分聚氨酯涂料。為了提高多異氰酸酯固化劑在水中的分散能力,常采用親水基團(tuán)對(duì)其進(jìn)行改性。適合的親水組分有離子型、非離子型或二者的結(jié)合,這些親水組分與多異氰酸酯具有良好的相容性,作為內(nèi)乳化劑幫助固化劑分散在水相中,降低混合剪切能耗。其缺點(diǎn)在于親水改性消耗了固化劑的部分N CO 基,降低了固化劑的官能度,增加了體系的親水性。第三類(lèi)固化劑為叔異氰酸酯固化劑 ,如偏四甲基苯基二異氰酸酯與三羥甲基丙烷的加成物,其主要特點(diǎn)為固化劑的N CO基與水反應(yīng)的速度非常慢,可制備無(wú)氣泡涂膜,但其玻璃化溫度高,需玻璃化溫度較低和乳化能力較強(qiáng)的多元醇與其配制。

2.3 雙組分水性聚氨酯涂料的成膜

水性雙組分聚氨酯涂料的成膜初期為物理干燥成膜,隨著水分的蒸發(fā),分散體或乳液粒子凝聚, 聚合物鏈相互擴(kuò)散和反應(yīng)。影響因素有: 其一,水分的蒸發(fā)量, 蒸發(fā)量越大,物理成膜時(shí)間越長(zhǎng),水分的蒸發(fā)量由涂料的施工固含量決定;同時(shí),環(huán)境溫度和濕度影響水分的蒸發(fā)速率。其二,多元醇和固化劑的粘彈性影響粒子的凝聚過(guò)程,粘彈性由聚合物的玻璃化溫度、極性、分子量和溶劑或增塑劑含量決定。最后,聚合物粒子之間的排斥力,起穩(wěn)定乳液粒子的作用,乳液粒子相互接觸,必須克服粒子之間的排斥力?；瘜W(xué)干燥過(guò)程比較復(fù)雜,涉及到固化劑的NCO 基與多元醇的羥基、水和穩(wěn)定聚合物粒子的羧基等反應(yīng),反應(yīng)速率取決于施工環(huán)境的溫度、濕度、反應(yīng)體系中催化劑含量和基團(tuán)的反應(yīng)活性等。

水性雙組分聚氨酯涂料體系的固化反應(yīng)可分為主反應(yīng)和副反應(yīng),以丙烯酸分散體多元醇和親水改性的多異氰酸酯固化劑組成的雙組分水性聚氨酯體系為例,體系含有胺中和劑和羥基功能化的共溶劑,主反應(yīng)為多元醇與固化劑反應(yīng)形成氨基甲酸酯聚合物,副反應(yīng)包括固化劑可能與共溶劑或中和劑的羥基、胺基、多元醇的羧基及水反應(yīng),如Fig.1所示。固化劑與水的副反應(yīng)生成胺和二氧化碳,胺立即與N CO基反應(yīng)形成脲,隨著水分的蒸發(fā)和涂膜的形成,二氧化碳會(huì)溶解在涂膜中或以氣體形式釋放。多元醇的羧基與N CO基的反應(yīng)生成酰胺,但反應(yīng)速度較小;胺中和劑脫離涂膜后,羧基可能和羥基反應(yīng),該反應(yīng)極大消除涂料體系的親水性,改善涂膜的耐水性。采用FT-IR光譜或13 C-NMR光譜可以檢測(cè)各反應(yīng)之間的競(jìng)爭(zhēng)。為了補(bǔ)充副反應(yīng)消耗的N CO基,常采用過(guò)量的多異氰酸酯固化劑以保證涂膜優(yōu)異性能。

施工環(huán)境和固化條件決定主反應(yīng)和副反應(yīng)程度。室溫下水分的蒸發(fā)相對(duì)較快, 30 min內(nèi)水分在涂膜中的濃度下降到2% ～ 3% ,最終的平衡濃度為1%左右。相對(duì)于水分的蒸發(fā)速率,涂膜的N CO基的降低速率較慢,室溫下30min,只有6% 的NCO基參與反應(yīng), 24 h后參與反應(yīng)的N CO基增大到90% , 完全反應(yīng)需要幾天。環(huán)境溫度對(duì)干燥過(guò)程有重要作用,室溫固化過(guò)程約有60% 的NCO基與水反應(yīng)形成脲, 而130℃干燥30 min與水反應(yīng)的N CO基含量降45低到10%。隨著固化溫度升高,生成氨基甲酸酯的含量越多,副反應(yīng)程度越低。

2.4 水性雙組分聚氨酯體系的缺陷

通常選擇合適的水性多元醇和固化劑配制雙組分水性聚氨酯涂料,其涂膜的光澤、硬度、耐化學(xué)性能及耐久性可與溶劑型雙組分相當(dāng)。但目前許多水性雙組分聚氨酯涂料具有不同的缺陷,有的還嚴(yán)重限制了雙組分涂料的應(yīng)用,Tab.1列出了雙組分水性聚氨酯涂料的缺陷。水性涂料的主要缺陷在于厚膜中易形成氣泡和微泡,這是噴涂過(guò)程中空氣殘留在涂膜中引起的。水性雙組分聚氨酯涂料更有可能形成氣泡,因?yàn)橥磕ば纬蛇^(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳以及隨涂膜粘度的增大二氧化碳會(huì)滯留在涂膜中所致;二氧化碳的產(chǎn)生來(lái)源于NCO基與涂膜中水分的反應(yīng)。Nabuurs研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于丙烯酸乳液多元醇,涂膜中二氧化碳?xì)馀莓a(chǎn)生量主要取決于合成丙烯酸乳液的羧基單體類(lèi)型、N CO /O H及涂膜中水分的含量。采用甲基丙烯酸或丙烯酸單體進(jìn)行乳液聚合,總有部分羧基單體聚合形成羧酸聚合物溶解在水相中,與固化劑成膜時(shí)形成吸濕區(qū),涂膜產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)馀?而采用丙烯酸U羧乙酯為羧基單體時(shí),羧基單體結(jié)合到聚合物鏈上,涂膜中不存在吸濕區(qū),因此能形成無(wú)泡涂膜。當(dāng)然,二氧化碳?xì)馀莸南蜔o(wú)缺陷涂膜的形成機(jī)理,還有待于進(jìn)一步研究。水性聚氨酯涂料的應(yīng)用與展望

高性能與低VO C含量相結(jié)合的水性聚氨酯涂料具有廣闊的應(yīng)用前景。以脂肪族多異氰酸酯為交聯(lián)劑的新型水性雙組分聚氨酯涂料,涂膜干燥速度快,光澤高,外觀好,具有良好的力學(xué)性能,耐化學(xué)品性能和耐侯性等, 其VO C含量相當(dāng)于溶劑型雙組分聚氨酯涂料的20% ,可取代溶劑型雙組分聚氨酯涂料廣泛應(yīng)用于汽車(chē)面漆、汽車(chē)修補(bǔ)漆、木器涂料、皮革涂料。此外水性聚氨酯涂料還能應(yīng)用于塑料涂料、工業(yè)涂料和腐蝕保護(hù)涂料,滿(mǎn)足不同的性能要求。

隨著對(duì)水性聚氨酯結(jié)構(gòu)、性能、成膜過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理等進(jìn)一步研究,結(jié)合新的水性多元醇聚合物的合成技術(shù), 水性聚氨酯涂料將會(huì)變得方便施工,涂膜性能易于設(shè)計(jì)和優(yōu)化,以滿(mǎn)足特殊用途。水性聚氨酯涂料的研究方向?yàn)? 進(jìn)一步完善和發(fā)展高性能無(wú)缺陷水性聚氨酯涂料體系;依靠聚氨酯分子的可裁剪特性,在聚氨酯鏈上引入特殊功能的分子結(jié)構(gòu)如含氟、含硅聚合物鏈,賦予聚氨酯涂膜多功能性;進(jìn)一步開(kāi)拓水性聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域,如水性雙組分聚氨酯涂料可作為特殊柔軟感涂料,其涂膜表面柔軟無(wú)光,具有從橡膠到絲絨觸感,應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)部塑料儀器表面的涂裝。其涂膜具有耐溶劑性、耐化學(xué)品性、耐清潔劑擦洗性,涂膜不必很硬,必須具有良好的柔韌性,低溫彈性,對(duì)塑料具有良好的附著力。涂膜的耐化學(xué)性和柔軟感取決于合適的親水改性多異氰酸酯固化劑與高分子量的聚氨酯分散體和低分子量的聚脂-聚氨酯復(fù)合多元醇的復(fù)配。

第四篇：年產(chǎn)1200噸汽車(chē)用水性納米電泳涂料建議書(shū)

大余縣年產(chǎn) 1200噸汽車(chē)用水性納米電泳涂料

建設(shè)地點(diǎn)：大余縣新城工業(yè)小區(qū)

項(xiàng)目單位：大余縣項(xiàng)目辦

建設(shè)內(nèi)容：占地面積150畝，新建廠房、倉(cāng)庫(kù)及辦公配套設(shè)施等建筑面積7.5萬(wàn)平方米，年

產(chǎn)汽車(chē)用水性納米電泳涂料1200噸。

建設(shè)條件：本項(xiàng)目的主要原材料為基礎(chǔ)樹(shù)脂、交聯(lián)樹(shù)脂、中和劑、調(diào)整溶劑、色漿、乳液和

其它助劑所組成等，可從國(guó)內(nèi)采購(gòu)，供應(yīng)有保證。項(xiàng)目選址在縣新城工業(yè)小區(qū)，小區(qū)基本完成征地拆遷，近期將開(kāi)工建設(shè)小區(qū)配套基礎(chǔ)設(shè)施。小區(qū)位于323國(guó)道

旁，贛韶高速公路新城出口附近，沿高速4小時(shí)左右可達(dá)廣州、深圳，半小時(shí)可

達(dá)贛州。贛韶鐵路2009年3月已開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)2013年完工，我縣交通十分便

利。項(xiàng)目可安排就業(yè)150人。該項(xiàng)目屬于《國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》（2011

年）鼓勵(lì)類(lèi)項(xiàng)目，滿(mǎn)足第十一條《石化化工》第7款中“水性木器、工業(yè)、船舶

涂料”政策。同時(shí)享受?chē)?guó)務(wù)院支持贛南等原中央蘇區(qū)振興扶持政策。

項(xiàng)目投資：項(xiàng)目總投資2.2億元，其中固定資產(chǎn)投資1.8億元，流動(dòng)資金0.4億元。市場(chǎng)預(yù)測(cè)：水性納米電泳涂料是水性涂料的一種。水性納米電泳涂料由于無(wú)鉛、絕緣（不

導(dǎo)電），減少?gòu)U水的排放量等特點(diǎn)，其環(huán)保性廣泛被認(rèn)知。電泳涂裝過(guò)程伴

隨電泳、電沉積、電解、電滲等四種化學(xué)物理作用的組合，而形成涂膜。最

開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)，但隨著各行各業(yè)中金屬表面處理的要求不一樣，水性

納米電泳涂料也廣泛應(yīng)用于手飾、散熱器、眼鏡、打火機(jī)、汽車(chē)、摩托車(chē)、筷子、機(jī)械等。目前市場(chǎng)的年需求量為8萬(wàn)噸以上，未來(lái)幾年隨著汽車(chē)及相

關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，每年需求將以20%以上的速度增長(zhǎng)，處于供不應(yīng)求狀態(tài)，因此，本項(xiàng)目市場(chǎng)前景看好。

效益預(yù)測(cè)：年銷(xiāo)售收入2.8億元，年利潤(rùn)0.65億元，年稅金0.35億元，投資回收期3.38

年。

合作方式：獨(dú)資

前期工作：已編制項(xiàng)目建議書(shū)

聯(lián)系方式：聯(lián)系人：趙淑香

電話：0797－8710300

手機(jī)：***

地址：大余縣南安鎮(zhèn)金蓮山大道中段

郵編：341500

第五篇：工業(yè)地坪涂料用水性聚氨酯的研究現(xiàn)狀與最新進(jìn)展（共）

工業(yè)地坪涂料用水性聚氨酯的研究現(xiàn)狀與最新進(jìn)展

許飛

摘要：簡(jiǎn)述了水性聚氨酯地坪涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀，綜述了雙組分水性聚氨酯地坪涂料的水性多元醇組分，指出了水性聚氨酯地坪涂料今后的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:地坪涂料;水性聚氨酯;研究進(jìn)展

Research status and latest progress of waterborne polyurethane for

industrial floor coatings

XUFei Abstract:The application of waterborne polyurethane(WPU)floor coatings was briefly introduced．The new development of polyols of the two-component WPU floor coatings was summarized．And the Future trends of WPU floor coatings was pointed out．

Keywords:floor coating;waterborne polyurethane;research progress

0引言

地坪涂料指的是應(yīng)用于水泥基層等非木質(zhì)地面用的涂料，屬于地面涂料的一類(lèi)。近年來(lái)，各種公共場(chǎng)合(如超市、購(gòu)物中心、體育場(chǎng)館、醫(yī)院手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)廠房、車(chē)間等)對(duì)地面裝飾物的要求從清潔、安全、舒適發(fā)展到要具有耐磨、防滑、耐腐蝕、防靜電、耐沾污等功能性，隨著要求的不斷提高，地坪涂料產(chǎn)品逐漸受到市場(chǎng)重視而迅速發(fā)展。地坪涂料按成膜物質(zhì)分類(lèi)可分為：環(huán)氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、噴涂聚脲彈性體地坪涂料以及其他地坪涂料等，其特征和應(yīng)用如表 1 所示。

其中，目前市場(chǎng)上用量最大的品種為環(huán)氧地坪涂料，聚氨酯地坪涂料目前所占的比例還較小，但相對(duì)環(huán)氧地坪涂料而言，聚氨酯地坪涂料具有的柔韌性、可以調(diào)整和環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，從而能滿(mǎn)足不同的客戶(hù)需求。在歐洲，聚氨酯技術(shù)在地坪涂料體系中已占到 25%份額，因此，聚氨酯地坪涂料在中國(guó)具有較大的發(fā)展空間。其在地坪領(lǐng)域所占的份額也將會(huì)越來(lái)越大。1水性聚氨酯WPU 水性聚氨酯WPU地坪涂料按使用形式可分為單組分和雙組分。1.1單組分水性聚氨酯WPU 單組分水性聚氨酯WPU是PU最早的水性化產(chǎn)物，其具有較高的斷裂伸長(zhǎng)率和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，并能常溫物理干燥，但是其相對(duì)分子質(zhì)量較低，交聯(lián)度不高，與溶劑型雙組分聚氨酯涂料相比，單組分水性聚氨酯地坪涂料的耐化學(xué)品性和耐溶劑性不良，涂膜硬度以及表面光澤度均較低，硬度、表面光澤度和鮮艷性都較低，目前僅應(yīng)用于建筑涂料領(lǐng)域及其它一些使用要求不高的場(chǎng)合?？梢酝ㄟ^(guò)交聯(lián)改性來(lái)獲得優(yōu)異的力學(xué)性能、耐水性、耐溶劑性以及耐老化性，從而滿(mǎn)足地坪涂料的要求。（通過(guò)交聯(lián)、復(fù)合改性的單組分從一定程度上提升了水性聚氨酯WPU涂料的性能［1］。）1.2雙組分水性聚氨酯WPU 雙組分水性聚氨酯涂料是以水為介質(zhì)，由含—OH 基的水性多元醇(通常稱(chēng)為 A 組分)和含—NCO 基的多異氰酸酯固化劑組成(通常稱(chēng)為 B 組分)。水性雙組分聚氨酯涂料與溶劑型雙組分聚氨酯涂料對(duì)比見(jiàn)表2。

雙組分水性聚氨酯WPU 地坪涂料按用途分類(lèi)主要可分為彈性地坪涂料和防滑地坪涂料。為了更好地滿(mǎn)足需求，使水性聚氨酯WPU地坪涂料的性能接近溶劑型雙組分PU地坪涂料，近年來(lái)的研究開(kāi)發(fā)趨向于雙組分交聯(lián)型 WPU 地坪涂料。沈劍平，等［2］研究發(fā)現(xiàn)，只要選材得當(dāng)，雙組分 WPU 涂料可以實(shí)現(xiàn)非常優(yōu)異的綜合性能。用基于多元醇分散體Bayhydrol AXP 2695 和多異氰酸酯 Bayhydur XP2487 /1 研發(fā)的白漆，以 60 kg 的壓力將 40 mm × 40 mm 的冬季防滑胎壓放在涂料樣板上，常溫壓放 1 d 后，在 50 ℃ 下壓放 3 d，發(fā)現(xiàn)其漆膜表面僅留下輕微的印痕，并且可以用乙醇輕易地擦拭干凈。最新的研究表明，某些高交聯(lián)密度的雙組分WPU地坪涂料具有優(yōu)異的抗熱胎痕的性能。另外雙組分水性聚氨酯WPU 自身所具有的易清洗、耐磨性、耐刮擦性、耐化學(xué)品等優(yōu)異的性能，在地坪領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛。陳凱［3］研究一種雙組分 WPU 地坪涂料，是由硅丙水分散體的 OH 基團(tuán)和多異氰酸酯 NCO 基團(tuán)兩組分配制而成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅氧烷單體加入量、羥基含量、酸值、固化劑的選擇等對(duì)涂膜性能均有顯著的影響。當(dāng)硅氧烷單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5% ～ 10%、羥基量為 2.8% ～ 3.0%、酸值在 25 ～ 36 mg KOH/g、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 40 ～ 58 ℃ 條件下合成高性能含羥基硅丙樹(shù)脂，將其與固化劑配制的地坪涂料涂膜性能最佳;其涂膜堅(jiān)硬、耐久，具有很好的耐水性、耐蝕性、耐劃傷性和耐擦洗性。

1.2.1雙組分水性聚氨酯地坪涂料的基本原理

多年前，很多人認(rèn)為雙組分水性聚氨酯涂料是難以實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)重要原因是人們認(rèn)為多異氰酸酯中的 NCO 基團(tuán)會(huì)與水反應(yīng)生成聚脲，同時(shí)生成 CO2，而難以得到致密的漆膜。但 Bayer 的化學(xué)師在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)某些多異氰酸酯在水中可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，在多異氰酸酯液滴與水的界面上會(huì)形成一層具有臨時(shí)性保護(hù)作用的聚脲薄膜，這一薄膜的存在可以較長(zhǎng)時(shí)間阻止多異氰酸酯與水的進(jìn)一步反應(yīng)，從而使雙組分水性聚氨酯涂料技術(shù)可能得以實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步的研究表明，將某一親水改性的 HDI 三聚體分散在水中，經(jīng)過(guò) 7 h 后，—NCO 的保留率仍然大于 90%。雙組分水性聚氨酯涂料的成膜機(jī)理與一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的區(qū)別，同時(shí)與溶劑型聚氨酯涂料的成膜機(jī)理也完全不同。圖 1 為雙組分水性聚氨酯涂料的固化成膜示意圖。

由圖1可見(jiàn)，在雙組分水性聚氨酯涂料的成膜過(guò)程中，多異氰酸酯在前期并沒(méi)有過(guò)多的與多元醇或水發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，一直到大部分水分蒸發(fā)后，乳液與固化劑粒子相互接觸并擠壓，此時(shí)多元醇中的羥基以及殘余的水開(kāi)始大量地與固化劑中的—NCO基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由此可知，雙組分水性聚氨酯涂料適用期的表現(xiàn)形式與雙組分溶劑型聚氨酯涂料可能是完全不同的。很多時(shí)候，雙組分水性涂料體系的黏度變化會(huì)一直保持在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于初始黏度2倍的范圍內(nèi)，這就意味著，在溶劑型涂料中行之有效的通過(guò)黏度上升判斷適用期的方法，在雙組分水性聚氨酯體系中是不適用的。實(shí)際上，我們需要通過(guò)測(cè)試漆膜某些性能(如光澤、霧影、硬度、耐化學(xué)品性等)的突變點(diǎn)來(lái)判斷其適用期。

另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是：如何確定雙組分水性聚氨酯涂料中—NCO與—OH的比值。一般來(lái)說(shuō)，多異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)速度比與水反應(yīng)更快，但兩者仍然具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。為了補(bǔ)償多異氰酸酯和水的副反應(yīng)而產(chǎn)生的損失，一般使用過(guò)量的多異氰酸酯，—NCO/—OH比率會(huì)選擇1.5~3.0。通常—NCO/—OH比例越高，涂膜的耐化學(xué)性越好，但干燥時(shí)間越長(zhǎng)，成本越高。一般情況下，—NCO/—OH的比例控制在1.5左右，這樣就能得到最佳的性?xún)r(jià)比。

2雙組分聚氨酯地坪涂料的水性化

水性雙組分聚氨酯地坪涂料是由含羥基水性多元醇組分和水性多異氰酸酯固化劑組成，它將雙組分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低 VOC 相結(jié)合，是當(dāng)前地坪涂料的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。

2.1 羥基組分的水性化

根據(jù)水性雙組分聚氨酯地坪涂料中使用的含羥基組分在水中的粒子大小和制備方法的不同，可將其分為乳液型丙烯酸多元醇和水分散體型多元醇，它們各具不同的特點(diǎn)。2.1.1 乳液型丙烯酸多元醇

乳液型多元醇是通過(guò)乳液聚合而成的具有多種結(jié)構(gòu)的丙烯酸乳液多元醇，其主要特點(diǎn)為［4］：乳液型多元醇的相對(duì)分子質(zhì)量大，羥基當(dāng)量大，配制雙組分涂料所需的異氰酸酯固化劑少，成本低,涂膜干燥速度快。但其對(duì)異氰酸酯固化劑的分散能力差，必須使用親水性強(qiáng)的水性異氰酸酯固化劑。孔霞［5］以甲基丙烯酸羥乙酯為羥基單體，結(jié)合即時(shí)中和與極性單體分段滴加等方法合成了新型聚丙烯酸酯雜合乳液(PAH)，相較于常規(guī)羥基聚丙烯酸酯乳液(PAE)，PAH 的粒徑分布更寬，平均粒徑更小。以此樹(shù)脂與親水改性脂肪族多異氰酸酯固化劑制成的水性雙組分聚氨酯涂料涂膜固化時(shí)間短，涂層結(jié)構(gòu)致密平整。史立平，等［6］以自制的核殼型丙烯酸羥基乳液為羥基組分研制雙組分 WPU 地坪涂料，該核殼型丙烯酸羥基乳液的羥基官能團(tuán)活性高，與親水改性異氰酸酯固化劑反應(yīng)速度快，提高了綜合性能，制得的雙組分 WPU 地坪涂料已在生產(chǎn)車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)、戶(hù)內(nèi)外籃球場(chǎng)等工程中得到實(shí)際涂裝應(yīng)用并獲得了市場(chǎng)認(rèn)可。殷武，等［7］采用乳液聚合法，以甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸等為原料，合成了一種具有核殼構(gòu)型的乳液型羥基丙烯酸樹(shù)脂。該樹(shù)脂可作為羥基組分與親水改性多異氰酸酯固化劑制備雙組分涂料，不僅 VOC 含量低，固含量高，而且所形成涂層的硬度、柔韌性、附著力和耐候性等性能優(yōu)良。即使這樣，得到高光涂膜仍很困難，而且涂膜在室溫下干燥速度快，在化學(xué)交聯(lián)前已物理干燥成膜，因而涂膜的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)品性不佳［8-9］。

2.1.2 分散體型多元醇

分散體型多元醇也稱(chēng)第 2 代水性羥基樹(shù)脂。分散體型多元醇按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為聚酯多元醇分散體、丙烯酸多元醇分散體、聚氨酯多元醇分散體等。聚氨酯分散體型多元醇的制備方法為先合成聚氨酯預(yù)聚體，然后采用含羥基的鏈終止劑進(jìn)行擴(kuò)鏈封端。由聚氨酯多元醇分散體配制的水性雙組分聚氨酯地坪涂料具有優(yōu)異的機(jī)械性能，如柔韌性和耐磨性，以及優(yōu)異的耐化學(xué)品性，但其使用成本較高，在實(shí)際中使用較少。［10］。

張旭東，等［11］以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇(N210)為主反應(yīng)體系，以二羥甲基丙酸(DMPA)為親水?dāng)U鏈劑，三羥甲基丙烷(TMP)為交聯(lián)劑合成制備了端 NCO 基聚氨酯預(yù)聚體，用二乙醇胺(DEA)封端引入羥基，合成了雙組分 WPU 的聚氨酯多元醇分散體組分。

亞金德 A L，等［12］選用 α，β-二醇與 Guerbet 醇混合后與多異氰酸酯反應(yīng)合成了聚氨酯多元醇。使用該聚氨酯多元醇制備的雙組分或多組分涂料的罩面涂層的撓曲性強(qiáng)、柔韌性好，可施用于任何底材上，當(dāng)用于地坪表面涂裝時(shí)，可給行人帶來(lái)舒適感，且不易開(kāi)裂。2.1.3丙烯酸多元醇分散體

丙烯酸多元醇分散體是由含羥基丙烯酸單體和丙烯酸（酯）單體在溶劑中通過(guò)自由基聚合，中和分散在水中制得的，有時(shí)需要脫除部分或全部溶劑。該類(lèi)分散體的相對(duì)分子質(zhì)量較低，羥基官能團(tuán)含量較高，與水性異氰酸酯固化劑配合制成地坪涂料后，具有較好的流平性，干燥速度慢，涂膜干燥后具有較好的豐滿(mǎn)度和光澤，同時(shí)具有良好的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)品性，基本達(dá)到溶劑型聚氨酯地坪涂料的性能，這種分散體是目前水性雙組分聚氨酯地坪涂料研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

陳凱［3］選用有機(jī)硅氧烷與羥基丙烯酸酯反應(yīng)，制得了具有核殼結(jié)構(gòu)的含羥基硅丙水分散體，并用該分散體配制了雙組分 WPU 地坪涂料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)硅氧烷單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5% ～10%，羥基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.8% ～3.0%，酸值在25 ～36 mg KOH/g，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為 40 ～ 58 ℃條件下，合成的含羥基硅丙樹(shù)脂性能較好，將其與脂肪族異氰酸酯固化劑配制的地坪涂料涂膜性能最佳。

前者通過(guò)外加乳化劑(離子型或非離子型)對(duì)多異氰酸酯進(jìn)行物理包裹，使其分散在水中，但外加的乳化劑對(duì)后期乳液成膜造成了不良影響，目前較少使用。內(nèi)乳化法是采用親水組分對(duì)多異氰酸酯進(jìn)行改性，作為內(nèi)乳化劑，有助于固化劑在水相中的分散。根據(jù)親水組分親水基團(tuán)的不同，內(nèi)乳化法可分為非離子改性、離子改性、非離子以及離子混合改性 2.2 水性異氰酸酯固化劑

未改性的異氰酸酯在水性雙組分聚氨酯地坪涂料中的應(yīng)用受到限制，因?yàn)樗鼈兒茈y與水性羥基組分混合均勻，兩相間容易分離。要想使異氰酸酯和水性羥基組分的相容性明顯提高，其根本途徑是將異氰酸酯水性化。而親水改性方法通常有外乳化法和內(nèi)乳化法。2.2.1外乳化法

早期使用陽(yáng)離子型或非離子型外部乳化劑強(qiáng)制乳化使異氰酸酯分散在水中［14］，其乳化劑用量大，分散后粒子較粗、貯存穩(wěn)定性差、涂層的耐化學(xué)品性差。目前此法較少使用。2.2.2內(nèi)乳化法

以德國(guó) Bayer 公司對(duì)異氰酸酯水性化的研究最為成功。到目前為止，已成功將第 3 代水性異氰酸酯固化劑產(chǎn)品市場(chǎng)化［15］。第 1 代水性異氰酸酯通過(guò)用不足量聚醚醇對(duì)如 HDI 或 IPDI 三聚體進(jìn)行部分氨基甲酸酯化，這樣，親水改性的異氰酸酯（如Bayhydur 3100）易于手動(dòng)乳化于水中，但是這種改性卻導(dǎo)致異氰酸酯平均官能度降低，因而所得的涂膜交聯(lián)密度低，降低了其耐化學(xué)品性。第 2 代水性異氰酸酯在第 1 代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過(guò)脲基甲酸酯化，提高產(chǎn)品的官能度，產(chǎn)品更疏水，制備的涂膜綜合性能優(yōu)良，其代表產(chǎn)品是

Bayhydur305。第 3 代水性異氰酸酯，采用氨基磺酸鹽改性異氰酸酯，即使體系中含有較少的磺酸鹽基團(tuán)時(shí)，也可在水中很好地分散，產(chǎn)品具有較低的親水性，其代表產(chǎn)品有

BayhydurXP2547、Bayhydur XP2655，可廣泛用于環(huán)境友好型水性雙組分聚氨酯地坪涂料中，涂料的干燥、固化和耐化學(xué)品等性能，完全可比擬溶劑型雙組分聚氨酯地坪涂料。

德國(guó) Bayer 公司成功采用丙烯酸多元醇分散體和新研制的第 3 代水性異氰酸酯固化劑配成水性雙組分聚氨酯地坪涂料，對(duì)奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館——國(guó)家游泳中心的泡泡吧地坪進(jìn)行了涂裝，涂裝和使用效果受到大家的認(rèn)可，整個(gè)體系近于零 VOC，其環(huán)保性更是完全貼合“綠色奧運(yùn)”之理念［16］

3展望

隨著人們對(duì)性能和環(huán)保要求的不斷提高，聚氨酯涂料地坪涂料的用量和品種得到了發(fā)展。但是WPU 地坪涂料的應(yīng)用也面臨著新的問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)新的具有特殊性能要求的聚氨酯地坪涂料品種(如重防腐、耐高溫蒸汽等)、降低 WPU 地坪涂料的使用成本是當(dāng)前和今后地坪涂料工作者的主要任務(wù)。另外水性雙組分聚氨酯地坪涂料將雙組分聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低 VOC 相結(jié)合，也是當(dāng)前地坪涂料的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。用丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂等復(fù)合改性研究目前也相當(dāng)成熟，而納米粒子改性 WPU 涂料也已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)[16]。

參考文獻(xiàn)

[1]黃佩堅(jiān)，陳紹波，謝亦富，等．彩色單組分聚氨酯地坪涂料的制備與研究［J］．廣州化工，2013，41(17): 89 － 91 [2]沈劍平，張之涵，魏亮，等．高性能環(huán)保型聚氨酯地坪涂料［J］．涂料技術(shù)與文摘，2012(8):18 － 26 [3]陳凱．雙組分水性聚氨酯地坪涂料的合成與研究［J］．涂料技術(shù)與文摘，2010(12): 33 － 35 [4] Fiori D E，Ley D A，Quinn R J.Effect of Particle Size Distribution on the Performance of Two-Component Water Reducible Acrylic Polyurethane Coating Using Tertiary Polyisocyanate Crosslinkers ［J］.Journal of Coating Technology，2000，72（902）：63-69 [5]孔霞． 新型羥基聚丙烯酸酯及雙組份水性聚氨酯涂料［D］． 廣州: 華南理工大學(xué)，2010 [6]史立平，孔志元，何慶迪，等． 水性雙組分聚氨酯地坪涂料的研制［J］． 涂料技術(shù)與文摘，2013，34(7): 24 － 29 [7]殷武，孔志元，朱柯，等．具有核殼構(gòu)型的乳液型含羥基丙烯酸樹(shù)脂［P］． CN 200510134997.0，2006 － 07 － 12 [8] 張發(fā)愛(ài)，余彩莉.高羥基含量丙烯酸酯乳液的制備和表征［J］.高 分子材料科學(xué)與工程，2006，22（2）：51-54 [9] 陳佩云，張德震.水性雙組分丙烯酸酯聚氨酯涂料［J］.華東理工 大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，32（10）：1 230-1 233 [10] Arndt W，Henning W，Meixner J，et al． Aqueous Polyurethane Dis-persions and their Use as Adhesives［P］． US 20050256261，2005 －11 － 17 [11]張旭東，胡軍保，吳嬌，等． 聚氨酯多元醇水分散體的合成［J］．湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，38(4): 51 － 56 [12]亞金德 A L，法伊澤爾 Ｒ B，倫德?tīng)?M T，等． 聚氨酯多元醇組合物和包含它們的涂料組合物［P］． CN 1481402A，2004 － 03 － 10 [13] 顧國(guó)芳，柳麗君，李曉明.水可分散多異氰酸酯的研制［J］.建筑 材料學(xué)報(bào)，2002，5（4）：364-369 [14] 李金旗.用于水性雙組分聚氨酯涂料的水性樹(shù)脂和水可分散聚異 氰酸酯［J］.上海涂料，2008，46（10）：21-24 [15] 張之涵，朱德勇，等.水性聚氨酯建筑涂料用于地坪及墻面［A］.[16]王云云,楊建軍,吳明元,張建安,吳慶云.水性聚氨酯涂料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用及研究進(jìn)展.聚 氨 酯 工 業(yè)2013． Vol． 28 No． 3 [17] 程 飛,楊建軍,吳慶云,張建安,吳明元.水性聚氨酯地坪涂料的應(yīng)用與研究進(jìn)展.聚 氨 酯 工 業(yè)2015． Vol． 30 No． 1