樹脂對改進水性涂料性能的研究

王廣存

(山西東方紅制漆有限公司，山西 太原 030045)

引 言

近年來，隨著地球環境的日益惡化，霧霾問題越來越嚴重，人們越來越重視環保。與此同時，各國先后制定了各種關于環境保護的相關法律法規以及對相關設備、物質的排放提出了相應的標準要求。涂料作為人們生產生活中必不可少的材料之一，對其有機揮發物也提出了新的要求，首要標準為該涂料為環境友好型涂料。在眾多的涂料中，以水性涂料的環保性能為最佳，且已經在工業的各個領域中得到重視并被研究[1]。水性涂料以水為介質，不含苯、甲醛等有害物質，在制作過程中可節約大量的資源。目前，水性涂料被廣泛應用于機車、船舶、橋梁、軍工、家裝以及機電等各個領域。

水性涂料中不同的添加劑能夠從不同程度、方面等增強其性能。水性涂料在制作過程中常添加聚氨酯、助劑以及顏料等改善其性能。目前水性聚氨酯由于其較強的耐磨損性、低溫柔韌性、耐化學性以及防腐性等性能將逐步取代溶劑型聚氨酯在水性涂料的應用。本文將以聚氨酯為研究對象，分析樹脂對水性涂料性能的改進。

1 樹脂在水性涂料性能的改進

傳統溶劑型聚氨酯涂料由于其在使用過程中會存在有機溶劑釋放破壞環境、污染大氣層等問題，在環保要求的新形勢下聚氨酯水性涂料逐步取代傳統溶劑型聚氨酯涂料。然而，聚氨酯水性涂料存在固含量低、硬度低以及耐溶劑性等缺點[2]。因此，在聚氨酯水性涂料的制作過程中常采用可再生資源改性、多元復合改性等辦法對其耐水性、耐熱性以及力學性能進行改善。

1.1 可再生資源改性

植物油作為成本低、可降解的可再生資源，將其氧化可制得環氧大豆油分子，該分子結構中包含環氧基。其中，環氧基可與涂料中的氨基發生化學反應生成黏合劑、涂料及油墨用樹脂；此外，環氧基還能夠制得水性聚合物。比如，將環氧基引入至水性聚氨酯中可得到水性聚氨酯乳液。該乳液顆粒的直徑較大，對其拉伸強度和耐熱性具有明顯提升效果。但是，環氧基在水性聚氨酯涂料中的添加使得原涂料的穩定性和斷料伸長率降低。

此外，亞麻油在水性涂料制作時的應用可有效提升水性聚氨酯的耐水性和耐熱性等。經實踐證明，當亞麻油的添加量控制在20%左右時對水性聚氨酯的改善效果達到最佳，其力學性能也最佳。

1.2 多元復合材料的改性

多元復合材料指的是，在水性涂料的制備過程中加入兩種或者兩種以上的樹脂，對水性聚氨酯涂料達到多元復合改性的目的，并使得水性涂料的綜合性能得到提升，進而使其能夠應用于更加廣泛的行業和領域[3]。目前，多元復合材料的改進主要體現在以下兩個方面。

1) 將甲苯二異氰酸酯、聚己二酸丁二醇酯以及二羥基丙酸以及KH-550為改進劑所制得的水性聚氨酯涂料能夠使其拉伸強度和斷裂伸長率得到明顯提升。唯一不足的是上述多原料復合材料的吸水率低于原涂料。

2) 將蓖麻油和環氧樹脂兩種原料應用于水性涂料后所制得的水性聚氨酯涂料乳液顆粒呈球狀且大小均勻。經試驗表明，采用上述方法所制得的水性聚氨酯涂料具有優良的熱穩定性和機械性能，且蓖麻油的比例為5%、環氧樹脂的比例為6.9%時所得的水性聚氨酯涂料的性能為最佳。

2 水性聚氨酯涂料的應用

2.1 水性聚氨酯涂料在汽車領域的應用

水性聚氨酯涂料由于其優良的耐磨性、彈性、硬性以及美觀裝飾性被廣泛應用于汽車涂料中。具體表現如下。

1) 隨著汽車對輕量化的要求越來越高，塑料制品在汽車零部件的使用量也不斷增加。水性聚氨酯涂料在塑料制品上的應用除了可以提升汽車零部件的耐磨性、耐腐蝕性、耐劃性外，還能夠改善塑料制品的美觀性[4]。

2) 一般的汽車車身表面涂料包括有底漆、中涂漆以及面漆。其中，底漆要求具有較強的附著力和豐滿度；因此，常采用水性聚氨酯電泳漆和水性封閉多異氰酸酯樹脂電泳漆作為汽車車身的底漆。中涂漆要求能夠與底漆和面漆完美契合；鑒于水性聚氨酯具備堅硬和柔軟的雙重特性被應用于中涂漆中。面漆作為車身最外一層漆，除具有保護、美觀的要求外還需具備耐候性、耐化學品性等功能；鑒于雙組分水性聚氨酯涂料的各種特性滿足面漆的要求，因此其被廣泛應用于汽車車身的面漆中。

綜合所述，就汽車車身而言采用雙組分水性聚氨酯涂料作為車身面漆，采用水性聚氨酯涂料作為車身中涂漆，采用水性聚氨酯電泳漆和水性封閉多異氰酸酯樹脂電泳漆作為車身底漆。

2.2 水性聚氨酯涂料在鐵路領域的應用

近年來，隨著高速鐵路的不斷發展，火車的速度越來越高，進而對其各個部位應用的涂料性能提出了更高的要求和挑戰。具體體現如下。

1) 高速行走的列車對其車廂的涂料的附著性、耐腐蝕性等提出了更高的要求。國內學者以部分顏填料、SIO2以及助劑等應用于水性聚氨酯涂料中獲取了綜合性能更優越的雙組分水性聚氨酯涂料。經研究表明，所制得的雙組分水性聚氨酯涂料還可應用于地鐵車廂、風電葉片等領域。此外，以水性丙烯酸樹脂和水性聚異氰酸酯所制得的水性聚氨酯亞光面漆已經成功應用于列車零部件中，驗證了水性聚氨酯涂料在列車中應用的可行性[5]。

2) 鐵路橋梁作為鐵路運輸的樞紐，水性涂料主要應用于鋼橋、混凝土橋等環節。其中，針對鋼橋而言對涂料要求有較強的防腐功能；對于混凝土橋而言對涂料要求有將強的防護和防水功能。經實踐表明，傳統水性聚氨酯涂料的耐水性較差、成膜時間較長等缺陷。經研究，將改性的氧化鋅與油酸應用于傳統水性聚氨酯涂料中可改善其耐腐蝕性和耐水性。

2.3 水性聚氨酯涂料在其他領域的應用

1) 在船舶中的應用。船舶領域對涂料的防腐性能要求特別高，將水性聚硅氧烷-氨酯-脲等多元復合材料在水性涂料中的應用可大幅度提升其柔韌性、附著力以及耐腐蝕性等。

2) 在飛機中的應用。飛機飛行過程中的環境非常惡劣，要求應用于飛機的水性涂料在滿足輕量化的要求下，還需滿足更加苛刻的要求。經研究表明，雙組分水性聚氨酯涂料可在飛機領域中推廣應用。

3 總結

水性涂料作為如今應用作為廣泛的涂料之一，為了確保其能夠應用于更加廣泛的領域，對其性能提出了更高的要求和挑戰。在多年的發展歷程中，水性聚氨酯已經成為改進水性涂料性能的重要原材料。而目前水性聚氨酯還未充分發揮其性能，僅僅將改進后水性聚氨酯涂料應用于汽車、飛機、船舶以及鐵路等領域。因此，未來我國應加強對樹脂改善水性涂料性能方面的研究，實現我國水性涂料的智能化、功能化以及綠色化。