聚氨酯地坪涂料的發展現狀

廖玲玲

（廣州西卡建筑材料有限公司，廣東 廣州 510530）

地坪涂料是涂裝于水泥砂漿、混凝土、石材或者鋼板等地面，能夠對地面起到裝飾、保護或者某些特殊功能的建筑涂料。相比于目前家庭住宅裝修偏重選擇木地板、耐磨地磚花崗巖和地毯等裝飾材料，地坪涂料因為具有更好的技術經濟效益以及種類多、維修方便和功能性強等特點，有著更為廣泛的應用和使用范圍。

地坪涂料按成膜物質分類可分為：環氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、甲基丙烯酸甲酯地坪涂料、聚脲地坪涂料和其他地坪涂料，其組成、特征和用途如圖1 所示[1-3]。

1 聚氨酯地坪涂料組成及其特性

聚氨酯涂料是以聚氨酯樹脂為基料，加顏料、填料及其他助劑材料等組成。聚氨酯樹脂是由異氰酸酯基和含活潑氫原子化合物之間的加成反應合成的，使得聚氨酯涂料的樹脂與其他樹脂（如聚酯、聚醚等）不同。和聚酯聚醚相比，聚氨酯涂料中，除了羥基、醚鍵外，還含有大量的氨酯鍵，甚至許多酯鍵、醚鍵、脲鍵、脲基甲酸酯鍵、異氰尿酸酯鍵、油脂的不飽和雙鍵，以及丙烯酸酯成分等，且在大分子鏈中還存在氫鍵，使得聚氨酯涂料具有更多優點：

①合成時大分子的化學組成、結構和使用時的配方均可調整，以獲得所需涂膜的性能。

②聚氨酯涂料耐腐蝕性優良，能耐酸、堿、油及化學藥品，使其可用于油田鉆探、船舶上做防護地坪涂料。

③聚氨酯涂料耐磨性好，粘結性高，能耐低溫至-40℃。

圖1 地坪涂料的分類與種類

④聚氨酯涂料可施工溫度廣，可在室溫或0℃下固化，適宜于各種場所。

⑤聚氨酯涂料的保護性和裝飾性優越，附著力高，對基面不挑剔。

⑥聚氨酯與其他樹脂的互溶性好，易于制備成性能不同的涂料，開發了多樣性的聚氨酯地坪涂料。

聚氨酯涂料的上述優點，被廣泛應用于國防、基建、化工防腐、車輛、船舶、飛機、木器、電子絕緣等行業。

2 聚氨酯地坪涂料分類

聚氨酯涂料的類型和品種繁多，分類方式多種。按使用方式不同有單組分、雙組分和三組分等；按涂料功能特性的不同有耐磨地坪涂料、彈性地坪涂料、電功能地坪涂料等；按涂料在涂層結構種的作用有封閉底涂料、中層涂料和面涂料以及水性聚氨酯水泥混合砂漿等；按照分散介質或形態分為溶劑型、無溶劑（少溶劑）型、水分散型和粉末涂料等。

為了敘述方便，本文將聚氨酯地坪涂料按照分散介質不同的4 大類：溶劑型、無溶劑（少溶劑）型、水分散型和粉末型涂料等

2.1 溶劑型聚氨酯地坪涂料

溶劑型聚氨酯的品種很多，按使用形式可分為其中單組份和雙組分兩種類型，其涵蓋了早期的各類產品，如彈性型、防滑型、艙室地坪涂料等，是發展最早、技術成熟的一類產品。

單組分聚氨酯涂料是由含羥基化合物與過量的多異氰酸酯反應生成的預聚物、溶劑、顏料、除水劑、助劑組成。由于單組份聚氨酯涂料含有活潑性端基-NCO，其暴露在空氣中，能與空氣中的水分發生反應生成脲鍵而固化成膜[2-3]，反應機理可分為兩個階段:首先水與反應生成不穩定的氨基甲酸，隨即分解為胺和二氧化碳;二氧化碳從涂膜中揮發，而胺繼續與剩余的-NCO 反應生成脲，其具體反應過程如反應式圖2。

圖2 單組分聚氨酯固化機理

雙組分溶劑型聚氨酯涂料具有極佳的性能，這主要表現在以下幾個方面：可室溫固化成膜，產品的耐磨性、柔韌性；硬度、強度等機械性能好；光澤高；耐水性、耐溶劑性好。因此，溶劑型雙組分聚氨酯漆被廣泛用于汽車、機械、建筑、木器等行業。

黃佩堅等[4]分別篩選了著色劑、填料、溶劑、擴鏈劑、潛固化劑，并研究不同比例混合溶劑的辦法，開發了一種彩色單組份聚氨酯地坪涂料以達到既滿足性能又經濟合理的目的。

但由于涂料（包括固化劑組分）中含有甲苯、二甲苯等含有毒成分的芳烴為主要溶劑，其在生產和施工成膜的過程中，有機溶劑會排入大氣，污染環境。因而在一定程度上影響了這類涂料的發展[5]，是應用受限制的涂料品種。溶劑型聚氨酯地坪涂料在實際施工中還存在許多難以克服的弊病，特別是環境溫濕度和地面基層的濕度還會引起涂層起泡、鼓包、脫落等情況的發生。

2.2 無溶劑型聚氨酯涂料

無溶劑環保型聚氨酯涂料（包括固化劑組分）中含有的溶劑或者VOC 很少，環保性能較好。為了提高環保性能，避免使用高毒性原料，如常使用二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）替代甲苯二異氰酸酯（TDI），是聚氨酯地坪涂料發展的方向。

從2015 年2 月1 日起我國將電池、涂料列入消費稅增收范圍，規定要求涂料施工狀態下揮發性有機物（VOC）超過420g/L(含)的涂料征收4%的消費稅。這也促進了相關的傳統溶劑型工業涂料的企業努力向水性化、粉末型及光固化類型等環境友好型涂料轉化。

李延軍[6]研制了雙組分無溶劑聚氨酯地坪涂料能達到GB 18581-2001 的相關規定要求。該無溶劑聚氨酯地坪涂料的理化性能優異，通過在聚氨酯涂料中加入一定的顏填料，篩選合適的助劑增加了涂膜強度、硬度及耐磨性，使得地坪涂料涂膜飽滿，色彩鮮艷提高裝飾效果，并且降低涂膜收縮率。

2.3 水性聚氨酯地坪涂料

水性聚氨酯地坪涂料包括單組分和雙組分兩類產品。其中單組分水性聚氨酯涂料是研究最多的，因為單組分的聚氨酯涂料具有很高的斷裂伸長率和適當的強度，并能常溫物理干燥，所以目前國際上使用 水性聚氨酯涂料仍然是以單組分為主。但是與水性型雙組分聚氨酯涂料相比，單組分水性聚氨酯地坪的耐化學品性、耐水性與耐化學品性的表現并不理想。為了使水性聚氨酯地坪涂料的性能接近溶劑型涂料，雙組分水性聚氨酯地坪涂料的研究和開發非常關鍵。

雙組分水性聚氨酯涂料的成膜機理與溶劑型聚氨酯涂料的成膜機理完全不同包含了物理成膜和化學成膜這兩個過程。物理成膜指的是在成膜前階段的水分的揮發，化學成膜的過程指的是固化劑和預聚體多元醇之間進行交聯反應之后形成的網狀結構，而這個過程則發生在涂膜的大部分水分蒸發以后的。

水性雙組分聚氨酯地坪涂料由含羥基水性多元醇、水性多異氰酸酯固化劑及一些助劑（如成膜助劑、增稠劑、潤濕流平劑及顏填料等）組成。水性雙組分聚氨酯涂料因其對環境友好，又兼具溶劑型聚氨酯的高性能，因此水性雙組分聚氨酯地坪涂料具有非常大的應用前景。

蘭光友等[7]介紹了戶外籃球場水性化地坪涂裝的新技術工藝，通過篩選水性環氧樹脂、水性環氧固化劑、石英砂的用量，制備面層耐磨型水性聚氨酯地坪漆，并制定了新的涂裝工藝技術。完美顯示了涂裝工藝技術和經濟效益，使其面層不出現裂縫、空鼓、掉砂等質量問題，清洗方便，色彩豐富，耐磨、保光保色性好。

2.4 粉末型聚氨酯地坪涂料

粉末聚氨酯地坪涂料是一種新型的環境友好型涂料，它具有封閉型和光固化型粉末涂料兩種。聚氨酯粉末涂料主要指羥基端基的聚酯和各種封閉性多異氰酸酯為成膜組分的粉末涂料。和其他類型粉末涂料相比，具有以下優點：1）流動性高，因封閉劑需要在高溫下解封，所以未解封之前不與其他物質起化學反應，使得粉末涂料有足夠的施工時間，涂膜流平性好。2）對基面的附著力好，不需要底涂，且涂膜光澤度高；3）涂膜的機械物理性能和耐化學品性十分優越，使用與室內外的裝飾性薄層涂料。

目前，我國的粉末聚氨酯涂料工業化產品較少。國外，Bayer 公司研制了靜電噴涂粉末涂料的固化劑Crelan，該系列封閉型脂環族多異氰酸酯固化劑，是己內酰胺封閉的IPDI 或HMDI 預聚體。與羥基聚酯配合可獲得畫外光澤保持率和耐粉化、耐腐蝕的防護性能。日本三井化學株式會社的粉末涂料用封閉性MDI 預聚體產品Takenate PW-2400 是一種白色粉末，熔點170~190℃，封閉NCO 含量為17.2%。烘烤溫度180℃，它還可用作許多聚合物的改性劑。

3 結語

聚氨酯涂料在整個地坪涂料市場的用量占比只有約25%，但由于聚氨酯涂料具有高彈性、防靜電、防滑耐磨、防腐蝕性、裝飾性良好等優點，被廣泛應用于食品加工廠、超市購物中心、醫院手術室、藥廠、屠宰場等有特殊要求的場所。隨著聚氨酯涂料地坪涂料的開發和研究，未來聚氨酯涂料的用量和品種都將得到發展。