淺析水性單組份聚氨酯的應用和防水特性

葉進容

摘 要：21世紀是自然保護的白熱化階段，為了減緩全球惡性生態發展趨勢，聯合國環境保護組織以及各國對各類建材要求逐漸趨于綠色無害化。而對于現代工程建材領域來說，所涉及的材料數不勝數，每一項細小零件的作用都極難找到符合要求的替代品，要找到新型的，綠色的并且性價比高的替代建材，與改變原材料或者生產方式相比，最直接的方式便是從化學角度這一根本生產發明方式出發，高分子合成新型建材原料。本文主要針對新型建材中水性單組份聚氨酯的防水特性及其應用提出相關研究意見。

關鍵詞：水性單組份聚氨酯;應用;防水特性

0 前言

為了配合全球環保要求，改善生態環境，工程類的建材種類發生了諸多變化，其中聚氨酯作為20世紀60年代的熱門工業產品，被用于制作泡沫等其他建材并且受到幾乎所有建材工業的歡迎，但是由于剛剛起步，沒有意識到其對環境的危害性，雖然僅僅任其發展了幾十年的時間，聚氨酯塑料泡沫就發展為全球化。在這種情況下，工業揮發化合物也就是聚氨酯等材料含量被嚴重限制。

1 水性單組份聚氨酯相關定義

1.1 什么是聚氨酯材料

在19世紀的建材工程中，外墻保暖，運輸保護以及各類涂料領域都被PVC所占據。PVC是由樹脂PVC以及各類不同催化助溶劑聚合而成，雖然制作過程繁瑣，需要通過大量分步聚合步驟，但是由于其造價低廉，廣受行業歡迎。但由于PVC是聚氯乙烯化合物，在剛剛起步時所采用的乙炔鍛造法并不成熟，雖然有著可靠的安全性和可塑性，但是由于其不穩定的揮發性，會在高溫下分解為氯化氫等有害物質。這些條件讓PVC成為了環境保護的重點針對對象，就此，PVC不得不做出分級并且根據環境保護力度減少生產。目前PVC主要被應用于疏松樹脂，在此情況下聚氨酯（PU），全名為聚氨基甲酸酯，是一種高分子化合物，于19世紀40年代在德國誕生。PU制品主要可以分為聚氨酯泡沫塑料，聚氨酯彈性體以及聚氨酯纖維塑料，其中泡沫塑料是聚氨酯被作為原材料使用最多的建筑建材。相比于PVC塑料，聚氨酯擁有更好的耐性，穩定性，以及可塑性，大部分的彈性塑性都在其接受范圍內。這讓聚氨酯在隔離方面具有巨大優勢，交通運輸中的隔離保護以及防毒等領域廣泛使用其作為隔離用具來保護運輸材料以及人員安全。

1.2 什么是水性單組份聚氨酯

為了改善聚氨酯所帶來的環境污染缺點，在聚氨酯經歷八十多年的改革換代，不斷更新自身優缺點之后，水性單組份聚氨酯被推向建筑建材舞臺之中。相比于之前的聚氨酯材料，水性聚氨酯最大的改動是以水代替之前聚氨酯制造中的有機溶劑材料，所以也被稱作水分散聚氨酯。由于水性聚氨酯中的有機溶劑不再是以前的可揮發有害物質，具有綠色節能，價格低，環保價值高等有機聚氨酯不具備的特點。距現在40多年的水性聚氨酯發展歷史讓其具有了相當復雜的種類分支，可按不同分類方式區分水性聚氨酯。例如，按照表面視覺效果或者濃度配比可以分為水性聚氨酯乳液，聚氨酯分散液，以及聚氨酯水溶液，水性聚氨酯粘液按照使用方式可分為單組份以及雙組份兩類。而廣義上的水性單組份聚氨酯指的是按照包裝形式來劃分的。同樣可以被認作是單組份和雙組份水性聚氨酯。其中相比于雙組份水性聚氨酯，單組份聚氨酯具有攜帶方便，性價比高的特點。

2 水性單組份聚氨酯的可應用領域

2.1 不同工業各類涂料

由于水性單組份聚氨酯特殊的防水特性好，隔離性能強的特點，同時以水作為溶劑的特點讓其不易于所接觸材料發生化學反應，影響所覆蓋的物質，同時又減少了對自然界有害物質的排放，因此水性單組份聚氨酯被用做各類行業作為防水等作用的保護涂料使用。例如。紙張等書寫用具上噴涂水性單組份聚氨酯可以填滿紙張中的植物纖維空隙，讓其表面光滑，書寫筆記清晰。也可以讓紙張柔軟，易于書寫。皮革等人造服裝類上噴涂的水性聚氨酯可以通過溶劑陰離子以及其溶劑中的親水性達到良好的防塵效果，同時也讓本就容易遇冷變質的服裝面料充分吸收聚氨酯溶劑中的水分，即達到了保護隔離的效果，又起到保護服裝質量的作用。另外，在一些大型體育館以及宴會廳的地面上也可以將大量水性聚氨酯作為保護層用于保護地板，防水的特點可以讓木板保持干燥，耐磨的特點可以保護木質地板不被走動劃痕影響，并保持光澤亮度。

2.2 工程建設

在工程建設方面，水性單組份聚氨酯常被作為填充劑或粘合劑用于工程建設之中。由于繼承了聚氨酯的聚合物特點，雖然其以水作為有機溶劑，但還是保持了相當高的黏合性能。相比于以前的三醛樹脂粘合劑，水性聚氨酯最大的優點便是其極高的環境保護價值。三醛樹脂制作過程繁瑣并且造價昂貴，其制造技術只掌握在各大企業手里，但水性聚氨酯不論是在造價還是有毒物質上，都遠遠超過了三醛樹脂，基本取代其成為新的廣泛黏合劑。在填充劑方面，水性聚氨酯會與水產生化學反應，發生劇烈的揮發反應，因此工業上將其常用于填補施工建筑縫隙，排查漏洞等。

2.3 保護建材

由于水性聚氨酯的穩定性強，造價低，所以常被用于保護施工建筑等建材領域上。水性聚氨酯防水涂料可以長期受到日曬而保護下層泥漿沙石保持良好質量水平，而且無毒無味，因此常用于橋梁道路，發電基站，住房內部墻體等，保護其建筑材質。

3 水性單組份聚氨酯防水原機理

3.1 理論方面

水性單組份聚氨酯作為高分子聚合物，具有良好的穩定性。經過繁瑣的制作過程之后，在水性聚氨酯分子層面加入了二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG）等化合物聚合分子。而這些高分子都具有大量的穩定-NCO基團，不易與外界發生反應產生質變，這使其在分子層面的陰陽離子相互聚合，羧基與氫基不停反應結合，相同基團互相吸引，產生極強的內聚性并且組成堅固密集的隔離網，這讓其從分子層面具有明顯的疏水性。但相比于之前的油性聚氨酯，水性聚氨酯無疑造價更為低廉而且環保。

3.2 材料方面

在材料方面，水性單組份聚氨酯采用了大量疏水性樹脂，低聚物多元醇，二異氰酸酯以及擴鏈劑。疏水性樹脂是良好的助溶劑和防水材料，可以提高聚氨酯聚合物與水的親和性，與水充分混合可以讓聚氨酯達到水溶劑飽和狀態，讓其無法再吸水形成穩定膠體以達到防水效果。低聚物多元醇相比于其他醇類，因為其低聚的原因很難與水發生反應，耐水性強，而二異氰酸酯為其聚合物提供了穩定的化學反應環境，使其成為穩定聚合物。這些都早就了水性單組份聚氨酯強大的穩定性，耐化學性以及防水性，但是最重要的是擴鏈劑，擴鏈劑可以讓原材料中的聚合物基團數量大量增多，穩固聚合反應，讓其具備更堅固的防護網。

3.3 制作過程方面

在制作過程方面，水性聚氨酯的主要制備方法有很多，其中自乳化法和外乳化法是主要的兩種制備方法。在兩種方法中自乳化法利用了聚氨酯分子鏈的親水性使其達到飽和態并具有防水效果，價格相對低廉，但一般的自乳化法并不能使聚合物分子鏈完全反應，需要加入一定的催化劑幫助其達到完全水飽和狀態以達到預期防水效果。

4 結語

綜上，水性聚氨酯在保護環境的前提下，既達到了行業對建筑保護材料的要求，具有穩定性，安全性，防水性等特點，不僅可以保護建材，裝飾建筑，還可作為黏合劑和填充劑，又符合聯合國環境保護組織維護生態發展的規定。不僅如此，其具有的便攜性以及易實用性已經逐漸取代油性聚氨酯，具有極高的經濟價值。但目前水性聚氨酯的原材料生產只掌握在世界數個大型企業手中，對其技術壟斷限制了其發展，在經歷之前的四十多年發展之后，水性聚氨酯將成為行業必不可少的原材料之一。

參考文獻：

[1]孟永剛，王向陽.建筑與環境設計用水性聚氨酯涂料的應用現狀及研究進展[J].表面技術，2018，v.47（04）：288-294.

[2]黃坤，劉肖凡，陸海軍等.纖維素改性水溶性聚氨酯性能試驗研究[J].新型建筑材料，2018（8）：155-159.