1937年,奧托•拜耳先生發(fā)明聚氨酯,奠定了聚氨酯化學(xué)的基礎(chǔ),開發(fā)出適合不同用途需要的聚氨酯技術(shù)。自1955年以來,拜耳公司已把各種單體和聚合的異氰酸酯、聚酯、聚醚及丙烯酸酯應(yīng)用于聚氨酯涂料的生產(chǎn)中。
    1中國涂料工業(yè)的發(fā)展
     當(dāng)今中國正向環(huán)境友好和更高性能的涂料方向發(fā)展。在高性能與環(huán)境友好兩者的相結(jié)合的競爭中,聚氨酯涂料成為涂料工業(yè)的原材料供應(yīng)商首選產(chǎn)品之一。如今世界上的所有頂級(jí)涂料公司都在一定程度上使用基于聚氨酯的產(chǎn)品來服務(wù)他們多樣化的市場(chǎng)和客戶。聚氨酯在耐腐蝕性、耐候性、耐刮擦性等方面性能優(yōu)異。同時(shí)具有環(huán)境友好這一特性。在中國用于涂料工業(yè)的聚氨酯技術(shù)(不包括建筑涂料)所占的比例超過25%。聚氨酯涂料在木器涂料工業(yè)中占主導(dǎo)地位,占到75%的市場(chǎng)份額,緊接著是汽車修補(bǔ)漆,它占40%多的市場(chǎng)份額。聚氨酯技術(shù)在防腐涂料、塑料涂料和汽車原廠漆方面的應(yīng)用也越來越大,占10%的市場(chǎng)份額。近來,聚氨酯涂料在中國涂料市場(chǎng)中正以15%的平均增長率在增長。中國的建筑工業(yè)正以顯著的速率增長,聚氨酯涂料在以后幾年中在建筑工業(yè)中有望達(dá)到30%左右。
    2聚氨酯的應(yīng)用
    2.1聚氨酯在汽車原廠漆和修補(bǔ)漆中的應(yīng)用
    聚氨酯清漆是指雙組分聚氨酯清漆和單組分聚氨酯改性氨基丙烯酸烘烤清漆。聚氨酯清漆市場(chǎng)份額超過30%。目前,聚氨酯清漆在中國年增長率15%。相對(duì)于傳統(tǒng)的氨基丙烯酸清漆,聚氨酯技術(shù)清漆外觀更加清澈透亮,耐候性更加出色。同時(shí)對(duì)于現(xiàn)在市場(chǎng)上很關(guān)心的耐洗性能和耐酸雨性能,聚氨酯清漆都有很明顯的優(yōu)勢(shì),含聚氨酯鏈段的清漆可以明顯改善清漆的耐酸雨性能和耐洗車性能。目前,為了減少有機(jī)揮發(fā)物的排放,一些汽車廠商已經(jīng)開始使用水性汽車原廠漆,在這方面,聚氨酯技術(shù)有更加明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。拜耳是最早把聚氨酯引入到修補(bǔ)漆中的公司之一?，F(xiàn)在拜耳的雙組分修補(bǔ)漆原料在全世界范圍都在廣泛的應(yīng)用。
 2.2聚氨酯在木器涂料中的應(yīng)用
    聚氨酯技術(shù)在木器涂料方面的應(yīng)用的歷史已超過60年。聚氨酯涂料開始在中國木器涂料市場(chǎng)的應(yīng)用大約在20世紀(jì)60年代末,如今已占中國木器涂料的74%以上,中國已成為世界最大的聚氨酯木器涂料生產(chǎn)國,增長率估計(jì)在12%～15%。如今迫于低有機(jī)揮發(fā)物涂料的壓力,各方面性能最接近溶劑型木器漆的水性聚氨酯已成功用于家具及各種木器表面裝飾,水性木器漆成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。水性木器涂料在中國的推廣可以追溯到20世紀(jì)90年代末,但其性能一直未能滿足用戶的需要。拜耳多年來致力于提高水性木器涂料品質(zhì),不斷為市場(chǎng)提供高品質(zhì)原材料,例如:更小的粒徑的單組分水性聚氨酯分散體,因其優(yōu)異的機(jī)械性能和施工方便性廣泛應(yīng)用于木地板、木制工藝品和玩具領(lǐng)域。為得到和溶劑型聚氨酯木器漆性能相似的產(chǎn)品,研發(fā)了雙組分水性聚氨酯,憑借其對(duì)各種底材的良好附著性及優(yōu)異的耐化學(xué)品、耐磨、堅(jiān)韌性,在其問世10年后增長迅速。該親水性聚異氰酸酯和丙烯酸、聚酯分散體或乳液能在20～80℃溫度下交聯(lián)反應(yīng),從而獲得極其優(yōu)越的涂膜性能,主要應(yīng)用于家具及室外木器表面。隨市場(chǎng)對(duì)更高生產(chǎn)效率和更好的環(huán)保性能涂料的需求,水性紫外光固化聚氨酯分散體應(yīng)運(yùn)而生,它能在室溫下在紫外光或電子束照射下迅速固化。施工非常方便,有著極好的附著力和耐化學(xué)品性,成為全球木器涂料市場(chǎng)增長最快的產(chǎn)品。
    2.3聚氨酯在防腐涂料中的應(yīng)用
    聚氨酯涂料具有耐侯好、保光性好,色澤穩(wěn)定性好,耐腐蝕、耐酸雨、低溫施工性好,涂層可覆涂性能好,易修復(fù),涂層柔韌性好并具有優(yōu)良的延展性、耐沖擊性和抗震動(dòng)效果好的性能優(yōu)勢(shì),其卓越的綜合性能使其在防腐工程中得到廣泛的應(yīng)用。與其他涂料相比,聚氨酯涂層系統(tǒng)的生命周期成本最低,并能達(dá)到歐美關(guān)于有機(jī)揮發(fā)物高要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)秀的化學(xué)性能、較好的經(jīng)濟(jì)效益及低有機(jī)揮發(fā)物標(biāo)準(zhǔn)贏得越來越多的專業(yè)人士和用戶的認(rèn)可,聚氨酯已成功應(yīng)用于橋梁、近海平臺(tái)、港口機(jī)械、工廠設(shè)備、貯罐管道及機(jī)場(chǎng)、體育場(chǎng)館等建筑設(shè)施。在全球范圍內(nèi),隨著對(duì)工程涂層保護(hù)功能及表觀要求的不斷提高,聚氨酯在鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷發(fā)展中。除了常規(guī)雙組分聚氨酯技術(shù)外,單組分濕固化聚氨酯和天氡氨酸酯聚脲也拓展了聚氨酯在防腐蝕涂料領(lǐng)域的應(yīng)用空間,并在歐美的諸多工程應(yīng)用中就許多工程難題提供了解決方案。濕固化聚氨酯與天氡氨酸酯聚脲同時(shí)具備了覆涂間隔短、固化反應(yīng)快的特點(diǎn),兩種產(chǎn)品在同一系統(tǒng)共同使用,使其快速特性疊加,形成快速處理涂層系統(tǒng)。而另一方面,濕固化聚氨酯與天氡氨酸酯聚脲同時(shí)具備優(yōu)越的耐腐蝕性能,二者配套使用又強(qiáng)化了體系高功能、重防腐的工程優(yōu)勢(shì)。所以,單組分濕固化聚氨酯和天氡氨酸酯聚脲作為防腐蝕新技術(shù)在中國的應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展是必然的,也將會(huì)是成功的。
    2.4聚氨酯在塑料涂料中的應(yīng)用
    塑料已被成功地應(yīng)用于汽車行業(yè)很多年了,并且應(yīng)用的數(shù)量日漸增多。塑料可以應(yīng)用于很多地方,例如車身、車廂間隔間,另外還有發(fā)動(dòng)機(jī)上的鋼鐵已經(jīng)全部或部分地被塑料取代。塑料除了質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)外,還具有很多優(yōu)點(diǎn)。適當(dāng)?shù)哪Ｋ苁沟盟邆鋸V泛的設(shè)計(jì)空間、零部件組合的潛力和好的動(dòng)力學(xué)性能。發(fā)生碰撞時(shí)有很好的能量吸收能力以減少碰撞時(shí)破壞的程度。除此之外,塑料不會(huì)生銹腐爛。塑料模具的表層常被涂飾,可以賦予塑料特殊的顏色或一定的光澤,用以遮蓋塑料表面的瑕疵,使它擁有更吸引人的外觀。涂層除了能給塑料帶來漂亮的外觀,還可以起到保護(hù)作用,使塑料免受氣候、溶劑或是刮擦的危害。
 2.5聚氨酯在建筑涂料中的應(yīng)用
    作為地坪涂料,聚氨酯技術(shù)目前在中國自流平系列中所占的比例還相當(dāng)小,但其性能相對(duì)于占主導(dǎo)地位的環(huán)氧來說有很大的范圍可以調(diào)整,可以滿足不同的客戶需求。在相對(duì)成熟的歐洲市場(chǎng),聚氨酯技術(shù)在地坪漆體系中可以占到25%,因此對(duì)中國的市場(chǎng)來說,聚氨酯技術(shù)在地坪漆領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間。與常規(guī)環(huán)氧地坪漆相比,聚氨酯最大的特點(diǎn)是柔韌性可以調(diào)整。具備一定柔韌性的聚氨酯地坪漆,不僅可以提供優(yōu)異的裂縫橋接、耐沖擊性、耐磨等機(jī)械性能,對(duì)混凝土保護(hù)性更好,還具有消音、柔性腳感等特性,同時(shí)具備無縫結(jié)構(gòu),易于清潔,并耐一般化學(xué)品。因此這類聚氨酯體系同時(shí)擁有環(huán)氧地坪和卷材的優(yōu)點(diǎn)并克服了其局限性,可以應(yīng)用于公共走廊、學(xué)校、辦公室、倉庫、停車場(chǎng)及一些工業(yè)生產(chǎn)車間等場(chǎng)所,結(jié)合具有優(yōu)異耐候性的脂肪族聚氨酯體系,還可以同時(shí)滿足裝飾及保護(hù)的要求。在聚氨酯地坪體系中,還有具備優(yōu)異耐化學(xué)品性能的重防腐地坪體系,尤其是對(duì)有機(jī)酸及高溫蒸汽清潔有優(yōu)異的耐抗性,是符合GMP廠房要求的地坪體系,適合于食品加工廠、飲料廠、藥廠等有特殊要求的工業(yè)領(lǐng)域,而且這種特性是無法用其它技術(shù)所取代的。作為墻面漆,目前溶劑型脂肪族聚氨酯已經(jīng)有一定的應(yīng)用,但相對(duì)乳膠漆來說比例相當(dāng)小。其具有優(yōu)異的耐候性、易清潔、耐化學(xué)品等特性,已經(jīng)應(yīng)用于高檔建筑、廠房、公共場(chǎng)所等外墻。現(xiàn)在,新一代雙組分水性聚氨酯體系在達(dá)到高性能的同時(shí),擺脫了溶劑的束縛,還可以調(diào)整柔韌性,更適合于一些對(duì)VOC有一定限制的公共場(chǎng)所或特殊潔凈廠房使用的要求。對(duì)于屋面、防水領(lǐng)域,中國市場(chǎng)總體來說防水材料的主體還是各類卷材,防水涂料占到13.6%,而聚氨酯大約占到其中40%左右,預(yù)計(jì)未來的5年防水涂料將增長到總體的19%。聚氨酯防水涂料目前主要應(yīng)用在地下室中,屋面應(yīng)用只有2%～5%,主要產(chǎn)品集中在溶劑型聚氨酯。對(duì)于這一領(lǐng)域來說,聚氨酯防水涂料的發(fā)展方向是無溶劑化,在減少了VOC的同時(shí),還可以一次施工獲得所需的厚度,更易于施工。從性能上來說,聚氨酯或聚氨酯聚脲雜合噴涂體系用于屋面具有高強(qiáng)度、無縫、可行走、防植物根穿透、耐化學(xué)品等特性,配合脂肪族聚氨酯面漆可以具備優(yōu)異的耐候性,因此可以提供相對(duì)長期保護(hù),并且容易維護(hù)。
    2.6水性聚氨酯涂料
    盡管聚氨酯涂料在中國只占整個(gè)涂料領(lǐng)域的4%,然而水性涂料正以大于8%的平均增長速率增長。一般來說,水性聚氨酯涂料不需要額外添加乳化劑或分散劑,因?yàn)樗姆肿咏Y(jié)構(gòu)和大小可以根據(jù)性能進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。與乳膠涂料相比,具有更好的低溫成膜特性,不需要額外添加成膜助劑或可塑劑。水性聚氨酯涂料的膜對(duì)幾乎所有常用的基材都有良好的附著性,具有杰出的耐久性和耐沖擊性。另外,可以通過交聯(lián)反應(yīng)來改性水性聚氨酯涂料,以增強(qiáng)其耐溶劑和耐化學(xué)品性,且制成高光的膜,這對(duì)調(diào)色師來說是相當(dāng)重要的。因此,水分散體水性聚氨酯涂料有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
    2.7輻射固化及其他類型聚氨酯涂料
    拜耳材料科技一直致力于紫外光或電子束固化涂料的研究。此方法制備的涂料同樣不含揮發(fā)性溶劑,又具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)品性能。
   
 
表1水性聚氨酯涂料的應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)測(cè)
    和樹脂系列產(chǎn)品并成功的應(yīng)用在家具涂料上?，F(xiàn)在輻射固化涂料的應(yīng)用范圍已經(jīng)由木器、家具拓展到紙張、薄膜、塑料、金屬或礦物底材上,并且既能應(yīng)用在室內(nèi)也可以用在戶外。并開發(fā)了UV粉末涂料。
    3結(jié)語
    在未來,對(duì)健康安全的關(guān)注和法律法規(guī)的發(fā)展將會(huì)持續(xù)影響聚氨酯涂料市場(chǎng)。只要比較一下現(xiàn)有的涂料技術(shù)就不難發(fā)現(xiàn),以樹脂和異氰酸酯為核心的聚氨酯化學(xué),可以提供最好、最經(jīng)濟(jì)、最靈活的解決方案。