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應(yīng)用現(xiàn)狀
我國自20世紀(jì)50年代開始展開對聚氨酯涂料的研發(fā)與應(yīng)用工作。隨著社會大眾物質(zhì)生活水平的不斷提升與改善，有關(guān)汽車加工、家具制造加工、石油化工、機(jī)械工業(yè)、橋梁船舶等一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度不斷提升，聚氨酯涂料憑借其突出的性能優(yōu)勢，開始進(jìn)入快速發(fā)展的全新階段。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，自1980-2004年期間，各個行業(yè)領(lǐng)域中有關(guān)聚氨酯涂料的使用量呈現(xiàn)出了非常快速的發(fā)展趨勢，聚氨酯涂料總使用量實(shí)現(xiàn)了自0.17萬～20萬t的突破式發(fā)展，聚氨酯涂料產(chǎn)量僅次于醇酸樹脂漆涂料、丙烯酸樹脂漆涂料以及酚醛樹脂漆涂料，成為了涂料領(lǐng)域中的第四大品種，并且這一發(fā)展趨勢延續(xù)至今，其產(chǎn)量以及使用范圍仍然保持著非?？焖俚陌l(fā)展趨勢。
在有關(guān)聚氨酯涂料的生產(chǎn)加工企業(yè)中，負(fù)責(zé)聚氨酯涂料研發(fā)應(yīng)用的企業(yè)多集中分布于珠三角以及長三角地區(qū)，截至目前所開發(fā)聚氨酯涂料品種達(dá)到60余種。需引起注意的是，受資金投入及技術(shù)開發(fā)力度等因素的影響，多數(shù)有關(guān)聚氨酯涂料的開發(fā)企業(yè)以合資企業(yè)、外商獨(dú)資企業(yè)以及國內(nèi)規(guī)模較大生產(chǎn)企業(yè)為主，市場定位以中高檔商品為主，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)則多以低檔產(chǎn)品為主要定位。
聚氨酯涂料
從聚氨酯涂料研發(fā)應(yīng)用的角度上來說，最為主流的仍然表現(xiàn)為雙組分聚氨酯涂料，它在木器家具涂裝等領(lǐng)域中應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大與提升。除此以外，單組分聚氨酯涂料仍然在汽車加工、地下室防水等領(lǐng)域中有著非常強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，此類涂料以聚氨酯為主要材料，在各類色漆以及清漆生產(chǎn)中有著非常好的應(yīng)用價值。新研發(fā)丙烯酸聚氨酯漆選用縮二脲作為固化劑，在汽車修補(bǔ)用漆中的應(yīng)用價值相當(dāng)可靠。尤其對于輕型汽車、大型客車以及面包車而言，車輛加工中的涂裝功能非常值得肯定，市場前景相當(dāng)可觀。在丙烯酸聚氨酯涂料基礎(chǔ)之上研發(fā)的多類新型聚氨酯涂料還可以在其他制造加工領(lǐng)域中發(fā)揮應(yīng)用價值，以滿足家電、火車等加工物對加工質(zhì)量所產(chǎn)生的要求。
除此以外，可適用于地板涂裝、機(jī)床涂裝、航空航天設(shè)備表面涂裝等領(lǐng)域的專用聚氨酯涂料正處于加速開發(fā)與研究階段當(dāng)中。有關(guān)報道中針對目前聚氨酯涂料的分類、特點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了綜述與分析。
研發(fā)進(jìn)展
（1）水性聚氨酯涂料
1942年，Shlack首次成功地制備了陽離子型水性聚氨酯，20世紀(jì)70年代水性聚氨酯開始工業(yè)化生產(chǎn)，發(fā)展到現(xiàn)在，全世界水性聚氨酯樹酯年產(chǎn)量約為5萬～6萬t。水性聚氨酯涂料選用水作為涂料分散介質(zhì)，整個聚氨酯涂料結(jié)構(gòu)體系中有機(jī)溶劑較少存在，契合了當(dāng)前環(huán)境保護(hù)對涂料領(lǐng)域所提出的節(jié)能減排要求，因而有關(guān)水性聚氨酯涂料在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展問題日益受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。截至目前，雖然我國整個涂料領(lǐng)域中，有關(guān)聚氨酯涂料的應(yīng)用比例僅在4%左右，但水性聚氨酯涂料的工程應(yīng)用近年來正保持著近10%的增長速率。一般情況下，水性聚氨酯涂料無需額外添加分散劑或乳化劑，分子大小以及分子結(jié)構(gòu)可以視情況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。鑒于這一特點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)意義上應(yīng)用比較廣泛的乳膠涂料而言，水性聚氨酯涂料能夠具備更好的低溫成膜特性，無需添加收益當(dāng)比例的可塑劑以及成膜助劑。水性聚氨酯涂料相較于其他涂料而言，不但具有良好的外觀，同時干燥時間短，在木器涂料領(lǐng)域中表現(xiàn)出了得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。傳統(tǒng)意義上的溶劑型丙烯酸皮革涂料開始逐步被水性聚氨酯皮革涂料所取代，憑借在耐化學(xué)品以及耐低溫性方面的優(yōu)勢，
備受皮革涂料領(lǐng)域人員的關(guān)注與重視。除此以外，該類材料還在塑料、車輛、工業(yè)以及防腐等相關(guān)領(lǐng)域中發(fā)揮著非常確切的應(yīng)用價值，具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展空間。
水性聚氨酯涂料性能仍然存在一定的局限性，耐水性不足是影響水性聚氨酯涂料在實(shí)踐中應(yīng)用的最主要因素之一。除此以外，在工程施工期間，有關(guān)水性聚氨酯涂料的應(yīng)用也存在一定的問題，如對于雙組分水性聚氨酯涂料而言，摻入施工原料中后干燥速度相對比較緩慢，需要較長時間進(jìn)行維護(hù)。在水性聚氨酯涂料與水反應(yīng)的過程當(dāng)中所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)馀菘赡艽罅繗埩粲谕磕?nèi)，影響其性能。并且，高昂的成本也成為了影響水性聚氨酯涂料工業(yè)化應(yīng)用的主要因素之一。更為關(guān)鍵的是，在水性聚氨酯涂料中，所添加的大量水性涂料可能對工程建筑中的鐵質(zhì)基材產(chǎn)生影響，導(dǎo)致閃蝕問題的產(chǎn)生，甚至影響表面涂料的濕潤性與外觀性能。針對上述問題，為促進(jìn)水性聚氨酯涂料的進(jìn)一步發(fā)展，后續(xù)應(yīng)當(dāng)將復(fù)合型改性水分散聚氨酯涂料作為發(fā)展方向與研究重點(diǎn)，嘗試將一些功能較為特殊的分子結(jié)構(gòu)，如含硅聚合物鏈、含氟聚合物鏈條引入聚氨酯鏈中，以改善涂膜綜合性能，發(fā)揮其在耐高溫、耐水以及耐候性方面的優(yōu)勢。也可將低VOC以及高性能雙組分水性聚氨酯涂料作為研究開發(fā)的重點(diǎn)，在降低聚氨酯涂料成本的同時，提高使用效率。
（2）改性聚氨酯涂料
對于較為單一的聚氨酯涂料而言，在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用過程當(dāng)中，其外形、光澤度、耐水性以及硬度還存在一定的局限性，因此可以嘗試通過研發(fā)改性聚氨酯涂料的方式，以提高其性能水平。當(dāng)前技術(shù)水平下，聚氨酯材料可以適用的改性方式包括兩種類型：第一種是通過化學(xué)方法干預(yù)的方式，使聚氨酯涂料能夠具備兩種或兩種以上的特性； 第二種則是通過物理方法干預(yù)的方式，將特性互補(bǔ)的兩種或兩種以上樹脂材料進(jìn)行混合，使聚氨酯涂料能夠具備多樣化的性能。其中，對于有機(jī)硅材料而言，該材料具有無腐蝕、無毒性、耐燃性、耐臭氧性、耐氣候老化性、電絕緣性等一系列特點(diǎn)與優(yōu)勢，在聚氨酯涂料改性加工中有著非常好的應(yīng)用價值。Bayer公司率先進(jìn)行了聚氨酯粉末涂料的基礎(chǔ)研究和開發(fā)，成功研制了封閉的異氰酸酯交聯(lián)體系，常用的是己內(nèi)酰胺封閉的IPDI固化體系，其固化溫度在170 ℃以上，這種高溫固化有利于涂膜的高度流平，是無揮發(fā)性副產(chǎn)物放出的品種。既往報道中也指出，嘗試將有機(jī)硅材料與聚氨酯涂料相結(jié)合，應(yīng)用適當(dāng)方法進(jìn)行改性加工，能夠明顯克服聚氨酯材料存在的性能缺陷，對擴(kuò)大聚氨酯材料應(yīng)用領(lǐng)域而言有非常確切的價值。同時，聚硅氧烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)較為特殊，表現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性、生物相容性、電絕緣性以及耐高低溫性。自20世紀(jì)40年代開始被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)踐中，在改性聚氨酯材料研發(fā)過程當(dāng)中，可以嘗試以聚硅氧烷為軟段，合成聚硅氧烷－聚氨酯嵌段共聚物，以突出聚氨酯以及聚硅氧烷兩者的優(yōu)勢，彰顯該改性聚氨酯涂料在表面富集性、介電性以及生物相容性方面的突出優(yōu)勢，有非常大的應(yīng)用空間與發(fā)展?jié)摿Α?/p>
（3）環(huán)保型聚氨酯涂料
受到環(huán)境保護(hù)要求以及整個涂料行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展要求的影響，業(yè)內(nèi)有關(guān)人員必須積極探索并研發(fā)具有環(huán)保效益的聚氨酯涂料產(chǎn)品，如光固化聚氨酯涂料、高固含量低黏度聚氨酯材料、以及粉末聚氨酯材料等。以粉末劑方式所呈現(xiàn)的聚氨酯涂料能夠具備良好的物理機(jī)械性能以及耐化學(xué)品性能，同時還表現(xiàn)出了良好的外形美觀性。水性聚氨酯分散樹脂材料與其他結(jié)構(gòu)的聚合物材料相比存在大量優(yōu)勢，且與環(huán)保要求相契合，可在水中分散，無有利的異氰酸酯，無毒性，對底材的附著力良好。水性雙組分聚氨酯涂料是由含-OH基的水性多元醇和含-NCO基的低黏度多異氰酸酯固化劑組成，其涂膜性能主要由羥基樹脂的組成和結(jié)構(gòu)決定。
單組分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基料，并以水為分散介質(zhì)的一類涂料。通過交聯(lián)改性的水性聚氨酯涂料具有良好的儲存穩(wěn)定性、涂膜力學(xué)性能、耐水性、耐溶劑性及耐老化性能，而且與傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯涂料的性能相近，應(yīng)當(dāng)作為環(huán)保型聚氨酯涂料非常重要的發(fā)展方向之一。而從未來發(fā)展趨勢上來看，聚氨酯粉末涂料已成為當(dāng)前整個涂料領(lǐng)域中最為主流的發(fā)展方向之一，在各類粉末涂料乃至聚氨酯涂料中所占據(jù)的比例不斷提高。如對于汽車涂料加工市場而言，在涂料產(chǎn)品開發(fā)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)以聚氨酯粉末涂料為最佳選擇與發(fā)展方向，同時通過技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的方式，研發(fā)對低溫環(huán)境有良好適應(yīng)性，同時無揮發(fā)性副產(chǎn)物產(chǎn)生的新一代聚氨酯粉末涂料，該新型粉末涂料在性能上與雙組分溶劑型聚氨酯涂料有良好的相似性，可以適用于新一代汽車生產(chǎn)線涂料制造與加工領(lǐng)域，在保障涂料性能的同時，體現(xiàn)出了良好的環(huán)保效益，具有非常可觀的綜合效益。
