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水性聚氨酯涂料的发展同水基涂料的经济评价

文章作者:昊通五金   发布时间:2020-07-25
水性聚氨酯涂料是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯涂料体系。
  一、水性聚氨酯涂料的发展
  水性聚氨酯涂料是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯涂料体系。
  从1942年Shlack首次成功地制备了阳离子型水性聚氨酯,到上世纪70年代水性聚氨酯开始工业化生产,发展到现在,全世界水性聚氨酯树酯估计年产量为5~6万t虽然水性聚氨酯涂料在某些性能如耐水性、耐溶剂性方面,与溶剂型聚氨酯涂料还存在一定差距,但其具有无污染、安全可靠、机械性能优良、与颜料染料的相溶性好、且不易损伤被涂饰表面、易于改性等优点,如今已在皮革涂饰、纸张涂层、钢材防腐、纤维处理等许多领域逐步代替溶剂型聚氨酯涂料。
  水性聚氨酯的基本合成反应与一般聚氨酯一样,是一些单体中含有亲水基团,合成可分为两个阶段。第一阶段为预逐步聚合,即由低聚物二醇、扩链剂、水性单体、二异氰酸酯通过溶液逐步聚合,生成分子量为1000量级的水性聚氨酯预聚体;第二阶段为中和后预聚体在水中的分散。水性聚氨酯涂料的基本合成方法有丙酮法、预聚体分散法和熔融分散法等。
  聚氨酯水性化方法主要是使用乳化剂或者在聚合物主链上引入亲水基团,如竣基、磺酸基等阴离子基团,轻基醚键、聚氧乙烯链等非离子基团。通过扩链剂类型、结构及用量、制备方法和聚合物分子量的不同来改变聚氨酯分子的骨架结构,制得乳液或水分散性的各种水性聚氨酯产品。
  根据聚氨酯水性化方法的不同,可以分为外乳化法和内乳化法。由于外乳化法制得的聚氨酯分散液极其粗糙,且很不稳定,现在主要采用内乳化法。此法不加乳化剂,而是在聚氨酯大分子链上引入亲水基团,使聚氨酯分子具有一定的亲水性,在搅拌下自乳化而成乳液。这些亲水基团都能与水起作用,形成氢键或者直接生成水合离子使聚氨酯溶于水。自乳化法制备的乳液粒径小,稳定性好。
  此外,还有溶液法、二元胺直接扩链法、酮亚胺和酮连氮法、与水直接混合法、固体自发分散法等。近年来出现了一些新的制备方法,如用SO3或浓H2SO4磺化芳香族多异氰酸酯多元醇的预聚物,将亲水性的一SO3H基团引入大分子苯环上,经扩链反应,制得磺酸盐型水性聚氨酯。同时,在软硬段中同时引入离子基团,也成为自乳化设计的手段之一。
  主要品种有单组分水性聚氨酯涂料、双组分水性聚氨酯涂料及改性水性聚氨酯涂料。其中,单组分又分单组分线型和单组分交联型,单组分线型水性聚氨酯涂料具有线性大分子结构,很少含有支链,其涂膜具有很高的断裂伸长和拉伸强度,其耐水性、耐溶剂性较差。
  目前,研究主要集中于提高产品的耐水性、耐溶剂性及缩短干燥时间等方面。单组分交联型水性聚氨酯涂料较线型聚氨酯涂料在强度、硬度、耐水性、耐溶剂性等方面具有较大的提高,只是断裂伸长率略显不足。目前,国内外生产的水性聚氨酯涂料几乎都是单组分。双组分涂料起步较晚,发展还很不成熟,主要研究集中于如何减少副反应,增加反应的选择性及如何在潮湿、低温的环境下成膜等问题。改性水性聚氨酯涂料发展十分迅速,其中利用聚氨酯和聚丙烯酸酯共聚,使丙烯酸酯改性水性聚氨酯涂料,被称为第三代水性聚氨酯涂料。
  水包水(水性涂料)是才用水包水组件进行的喷涂,喷涂均匀流畅,水性涂料由于水的表面张力大,污染物容易使涂膜发生缩孔,因此,其在施工过程中对工件表面清洁度要求较高。
  二、水基涂料的经济评价
  使用水基涂料与溶剂涂料相比有以下几个方面可直接降低成本:
  1.用空气纯化的建设和设备成本,使用过的空气加热焚烧(这要消耗大量能量)、吸收工序的建立和维持费用以及生物水处理系统的安装和操作费用。
  2.纯化空气的设备难免在使用过程中会出现问题,因此会使生产中断造成损失。
  3.使用水基涂料防火措施的要求可以降低。
  4.在职业病的防治方面,定期限的预防检查和个人的保护措施以及保险方面的花费也会减少。
  因此,使用水基涂料对企业的经营、发展十分有利。而且,随着我国政府环保工作力度的不断加大,水基涂料的竞争力亦日益加强。那些破坏人类生态环境有污染的涂料,必然要被保护环境无污染的涂料所代替。相信在我国无污染的水基徐料将会以很快的谏度发展。
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