聚氨酯涂料具有优良的附着力、 耐化学品、装饰性及有优良的耐磨性能， 是一种新型、 高档耐用的合成树脂涂料。 聚氨酯涂料产量超过硝基漆、 丙烯酸树脂漆、 环氧树脂漆、 油脂漆、 天然树脂漆， 成为第三大涂料品种， 仅次于醇酸树脂漆、 酚醛树脂漆， 广泛用于国防、 航天、 交通工具、 家电、 木器家具、 仪器仪表、 室内装饰等的保护和装饰。 今后， 聚氨酯涂料无疑仍旧是一个热点而受到关注。

1.聚氨酯涂料性能特点、类型及应用范围

1.1性能特点

      聚氨酯涂料可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料。 双组分聚氨酯涂料一般是由异氰酸酯预聚物 （也叫低分子氨基甲酸酯聚合物）和含羟基树脂两部分组成， 通常称为固化剂组分和主剂组分 。 聚氨酯是由多异氰酸酯 （含—NCO基团） 和大分子多元醇 （含—OH 基团） 聚合而成的树脂。 在聚氨酯大分子中， 由于存在大量的氢键， 分子间作用力大， 大分子链对多数化学物质稳定， 所以以聚氨酯为成膜物质而配成的聚氨酯防腐涂料具有优良的耐化学腐蚀性、 抗渗透性、耐磨性、 坚韧性以及强的附着力等特性， 而且在聚氨酯大分子中可变化的因素很多， 可以根据不同的实际需要进行分子设计和结构调整。

1.2类型与适用范围

      聚氨酯涂料的类型和品种繁多， 应用范围也很广， 根据含羟基组分的不同， 可分为丙烯酸聚氨酯、 醇酸聚氨酯、 聚酯聚氨酯、 聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种。 一般都具有良好的机械性能、较高的固体含量、 各方面的性能都比较好。 主要应用方向有木器涂料、 汽车修补涂料、 防腐涂料、地坪涂料、 电子涂料、 特种涂料等。 其缺点是施工工序复杂， 对施工环境要求很高， 漆膜容易产生瑕疵。 单组分聚氨酯涂料主要有氨酯油涂料、潮气固化聚氨酯涂料、 封闭型聚氨酯涂料等品种。应用面不如双组分涂料广， 主要用于地板涂料、防腐涂料、 预卷材涂料等， 其总体性能不如双组分涂料全面。 聚氨酯涂料分为溶剂型和非溶剂型，非溶剂型包括水性聚氨酯、 粉末聚氨酯、 无溶剂涂料。 聚氨酯树脂涂料按其组成和成膜机理而将聚氨酯树脂涂料分为以下五大类。

(1)聚氨酯树脂改性油涂料

      是单组分涂料。 以甲苯二异氰酸酯代替苯酐和干性油的醇解物反应而制成的涂料产品， 习惯上简称氨酯油。 在其分子中不含活性异氰酸酯基，主要依赖于干性油中的不饱和双键， 在钴、 锰、铅等金属催干剂的作用下而氧化聚合成膜。 由改性油制成的聚氨酯树脂涂料， 其光泽、 丰满度、硬度、 耐磨耐水、 耐油和耐化学腐蚀等均比醇酸树脂涂料好， 但漆膜耐候性不佳， 户外使用易泛黄。 氨酯油的贮存稳定性好， 无毒并有利于制造色浆， 施工方便， 价格低廉。 一般用于室内木器家具、 地板、 水泥表面的涂装及船舶等防腐蚀涂装。 其缺点是流平性差， 涂膜易泛黄， 色漆容易粉化。

(2)湿固化聚氨酯树脂涂料

      是单组分涂料。 以多异氰酸酯和含羟基化合物， 如蓖麻油、 聚酯、 聚醚、 环氧树脂、 丙烯酸树脂、 醇酸树脂等所合成的预聚物为基础制成的涂料 。 在其大分子结构中含有活泼的—NCO 端基， 靠它与空气中水分子作用固化成膜。 由于交联密度大、 涂膜坚硬、 耐磨、 耐油、 耐化学腐蚀、抗污染， 能在潮湿环境下施工。 被广泛地用于潮湿地区的建筑、 水泥、 金属、 砖石等物面的涂装，也可以用作防核辐射的保护涂层。

(3)封闭型聚氨酯树脂涂料

      是单组分涂料。 将多异氰酸酯加成物用苯酚等反应封闭后， 再和适当的含羟基组分配制而成，室温下可以长期贮存。 但因苯酚封闭的氨酯键不稳定， 受热到 130～170 可解封放出苯酚 ， 其加成物便和含羟基组分迅速反应而固化成膜。

(4)催化固化型聚氨酯树脂涂料

      是一种双组分涂料。 以含异氰酸酯预聚物为甲组分 （或 A 组分 ）， 以催化剂为乙组分 （或 B 组分）， 二者分别包装。 使用时将两组分按规定比例混合均匀便可涂装施工， 成膜机理与湿固化聚氨酯树脂涂料相同， 反应速度更快。 涂膜附着力、耐磨性、 耐水性和光泽都很好， 常用于木材、 混凝土、 石油化工设备等的涂装。

(5)羟基固化型聚氨酯树脂涂料

      是一种双组分涂料。 以含多异氰酸酯基（—NCO） 的加成物 （或预聚物） 为甲组分， 含羟基 （—OH） 的聚酯、 聚醚、 丙烯酸树脂、 有机硅树脂、 醇酯树脂及环氧树脂等为乙组分， 二者分别包装。 使用时， 按一定比例混合均匀后涂装应用。 该涂料的成膜机理为甲组分中的—NCO 基团与乙组分中的—OH 基， 进行加成聚合反应， 逐步扩链固化成膜。 为了加速该类型涂料的固化速度，常常需要加入微量的辛酸锌、 二丁基月桂酸锡等催化剂。 所采用的甲、 乙组分各类和配比的不同，经内部方的调节， 可制得一系列各具特色， 性能各异的涂料产品， 满足于各方面的使用要求。

2.聚氨酯防腐涂料

      在众多的防腐蚀涂料中， 聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种， 其用量仅次于醇酸树脂涂料， 占总产量的 11%。 其中，在建筑业、 汽车修补、 储油罐和管道防腐蚀用量最多。

      聚氨酯防腐涂料通常是通过一定的化学反应在基材上成膜和硫化交联的， 因此聚氨酯防腐涂料属于反应型涂料。 它主要分为单组分潮气固化型防腐蚀涂料、 双组分聚氨酯防腐蚀涂料、 聚氨酯粉末涂料等。

2.1单组分潮气固化型聚氨酯防腐蚀涂料

      它成为防腐蚀涂料的重要品种， 主要是由于它具有以下优势：

      一是施工简便 ， 干燥速度快 ， 在 0 时也能正常固化， 一次成膜厚， 施工道数少， 采用通用施工方法即可。 对底材处理要求不高， 和其他单组分涂料不同的是， 单组分聚氨酯无需工件表面干燥， 即使工件表面有一层水膜也可完全固化。

      二是耐候性强。 涂层具有良好耐候性、 保光保色性、 高光泽性和装饰性， 还有较好的耐温性（可耐 160 ）， 一般 0 以上、 相对湿度在 30%～98%均可施工 ， 即使在冬天 、 雾天 、 甚至细雨天的潮湿基面上， 也能够正常地施工干燥， 施工后1～2 h 就可以达到涂膜触干。 空气湿度越高， 固化时间越短。

      三是潮气固化型聚氨酯涂料中含有大量的脲键、 氨基甲酸酯键， 因此涂膜的耐磨性较双组分聚氨酯更好， 耐化学品性、 耐特种润滑剂、 防原子辐射性、 耐水性、 附着性和柔韧性优异。

      四是潮气固化型聚氨酯涂料既可作为面漆，又可作为底漆， 对各种基材都有很好的表面容忍性和附着力。

      五是防腐性能好。 涂料具有优异的耐水性和耐化学品性， 涂层具有良好的附着力、 韧性、 耐磨性、 弹性和耐酸、 耐碱、 耐盐、 耐油、 耐石油产品、 耐苯类溶剂和耐水、 沸水、 海水及耐化工大气， 可以用于被浸湿的条件下， 能够和阴极保护一起使用。

2.2改性聚氨酯涂料

      其重防腐效果甚佳。 据介绍， 高弹性环氧-聚氨酯重防腐蚀涂料为双组分 。 A 组分是由含羟基的弹性聚酯和环氧树脂为基料， 加入消泡剂及有关助剂组成 ； B 组分为多异氰酸酯和多元醇的加成物。 把 A、 B 组分按一定的比例混合放置 30 min 即可施工 。 其成膜机理是有机溶剂挥发后 ， A 组分和 B 组分之间发生反应， 相互交联成网状结构而固化。 其中， 弹性聚酯树脂是高弹性环氧-聚氨酯重防腐涂料的重要组成部分。

2.3高弹性环氧-聚氨酯重防腐涂料

      该涂料可供各种管道防腐、 油罐内外壁防腐、水池防渗透工程的涂装。 该涂料是一种用途广泛、成本低廉、 防腐性能优良的新型防腐蚀材料。

2.4环氧聚氨酯耐热重防腐涂料

      该涂料以环氧树脂为成膜物， 用 TDI 与 TMP 加成物作固化剂制成的防腐蚀涂料， 既具有环氧树脂的高附着力、 高强度、 低收缩率、 耐化学品性和防腐性， 又具有聚氨酯的优良柔韧性、 耐磨、耐油、 高丰满度、 耐老化性能和成膜性能。 环氧聚氨酯制成的涂料同时又具有良好的耐热水煮沸和低温固化性能， 可作为金属污水贮罐、 贮槽、管道、 混凝土贮池和化学贮罐的内防腐， 及热力管道的内外防腐蚀涂料。

3.聚氨酯汽车涂料

      汽车保护膜材料的性能要求是： 韧性好、 耐久性好， 不受气候和温度变化影响， 即使曝露在户外阳光下数年之后也不泛黄开裂； 有较好的光泽、 快干、 良好的耐水性、 耐溶剂性和耐老化性。具有极好的光学透明度， 光透过率高达 94%， 而雾浊水平低于 1%， 透过保护膜能显示出汽车涂层的本色。 汽车修补漆还必须能够低温固化。 而双组分聚氨酯涂料正好能满足这些要求。 由丙烯酸酯多元醇和多异氰酸酯组成的双组分聚氨酯涂料，能室温或低温烘烤固化， 可用在汽车的金属、 塑料、 木材以及其它底材上。 这类涂料使用了较多的挥发性有机溶剂， 因此对环境造成了严重危害。

3.1水性双组分聚氨酯涂料

      汽车修补漆用的水性双组分聚氨酯涂料的含羟基组分中通常要加入流平剂、 消泡剂、 催化剂、光稳定剂、 增稠剂和有机共溶剂等助剂， 再与多异氰酸酯组分混合后加水调整黏度， 用喷涂法施工。 水乳化型聚氨酯双组分涂料的性能， 如干燥时间、 光泽、 硬度和耐溶剂性基本上达到了溶剂型涂料的要求。 文献报道， 催化剂的量增加， 不粘时间和全干时间减少， 而涂料的物理性能 （柔韧性和硬度） 不变； 7 天后， 漆膜已经得到高度交联， 有非常好的耐溶剂性 ， 能超过 200 次甲乙酮双面擦拭； 涂料的不粘时间和全干时间与—NCO ／—OH 的比例无关； 随着异氰酸酯交联剂黏度的增加， 漆膜的摆杆硬度增加， 耐溶剂性相应增加。

      聚氨酯涂料在颜色和保光性方面的性能尤为突出， 具有优异的耐化学品性、 出色的耐候性以及物理机械性能， 漆膜颜色丰满， 流平性和鲜映性好； 柔韧性和硬度适中。 正是由于聚氨酯涂料的这种耐久性， 使其成为要求极高的终端市场的理想选择。 双组分聚氨酯涂料不仅用于客车， 也广泛用于豪华轿车。 聚氨酯防擦伤抗石击涂料已用于汽车车体的防护。

3.2无溶剂环氧聚氨酯涂料

      该涂料主要以改性聚氨酯树脂作为主要成膜物， 利用活性稀释增韧剂实现无溶剂化， 赋予涂层良好的粘接力， 优异的化学稳定性和机械性能。鳞片状填料的加入不但能提高涂层的机械性能，还能够起到良好的涂层屏蔽作用， 具有良好的防腐作用。 无溶剂环氧聚氨酯涂料具有强度大， 固体含量高、 防蚀性能好、 耐老化性能优良、 施工工序简单、 能抵抗水及各种酸、 碱、 盐等强腐蚀性介质的侵蚀、 无环境污染等优点。 适用于各种大气环境下钢铁及其他金属或非金属设备的腐蚀防护与装饰。

3.3塑料件用涂料

      塑料被成功地应用于汽车行业很多年了， 并且应用的数量日渐增多。 故要求开发一种能与车身相匹配的塑料件用涂料。 由此诞生了柔感涂料。目前新一代双组分聚氨酯涂料已经问世， 它可低温快速固化而且具有活性期长 （10 天以上 ）、 固体份高 （近 50%） 的优点。

      聚氨酯薄膜用于包覆汽车发动机罩前缘、 汽车前后保险杠、 车门下围板、 钥匙锁装置、 门锁把手、 轮罩边缘、 面漆以及其他需要保护 （免受石片击打、 磨损等） 的部位。 如美国 AveryDennison 工业公司推出的 0.2 mm 厚的透明脂肪族热塑性聚氨酯薄膜， 有非常高的光泽， 与汽车的亮涂层匹配， 外观良好。 据称美国 3M 公司也有类似产品。

      在可提供耐磨性和柔软手感性能的涂料中，水性聚氨酯涂料已经超越了许多传统的涂料系统，有很好的材料适应范围， 这也使采用聚氨酯涂料的塑料件的选择上更为自由 。 采用 Bayre 公司的多异氰酸酯， AkzoNobel 公司开发了水性聚氨酯涂料。 宣伟公司也研制出了柔软手感的水性聚氨酯涂料， 该涂料可为各种汽车内饰件提供奢华质感，且具有耐溶剂性、 耐摩擦性、 粘合性和防起雾性能等高质量性能， 已成为福特、 通用等大汽车制造商内部配制用涂料。 聚氨酯涂料用于汽车零部件、 内外饰件的前景十分广阔。

3.4聚氨酯清漆

      聚氨酯清漆是指双组分聚氨酯清漆和单组分聚氨酯改性氨基丙烯酸烘烤清漆。 聚氨酯清漆市场份额超过 30%。 目前， 聚氨酯清漆在我国年增长率约 15%。 大众汽车、 通用汽车和现代汽车都在使用聚氨酯改性氨基丙烯酸烘烤清漆。 相对于传统的氨基丙烯酸清漆， 聚氨酯清漆外观更加清澈透亮， 耐候性更加出色。 同时对于现在市场上很关心的耐洗车性能和耐酸雨性能， 聚氨酯清漆都有很明显的优势， 目前， 为了减少有机挥发物的排放， 一些汽车厂商已经开始使用水性汽车原厂漆。 拜耳是最早把聚氨酯引入到修补漆中的公司之一。 现在拜耳的双组分修补漆原料在全世界范围都在广泛的应用 。 美国 MOVAY 公司开发了一种新型汽车面涂， 这种面漆为高固体分单组分聚氨酯改性聚合物， 可用于刚性和柔性汽车底材上，并且有优异的耐酸性、 硬度以及颜料的容合性。

      近年来， 汽车的环保趋势带给车用聚氨酯产业巨大的发展空间。 据报道， 2008 年全球汽车修补漆市场的总用量达到了 651 t， 其中西欧和北美市场占前两位， 从产品类型看， 2008 年北美汽车修补漆 75% 由双组分聚氨酯 （2K-PUR)占据 ，而在东欧和西欧市场上， 双组分聚氨酯更是占据90.0%。 面对如此庞大的市场 ， 车用聚氨酯产业必然迅速发展。 用于汽车修补的水性双组分聚氨酯涂料已经商品化， 可满足任何严格的溶剂排放法规。

4.家具用聚氨酯木器涂料

      聚氨酯木器涂料的应用历史已超过 60 年。 聚氨酯涂料开始在我国木器涂料市场的应用大约在20世纪 60 年代末 ， 如今已占木器涂料的 74%，我国已成为世界最大的聚氨酯木器涂料生产国。当前木器家具涂料的主要类型有： 酸固化漆、 聚氨酯涂料、 硝基涂料、 不饱和聚酯漆、 丙烯酸涂料、 水溶性漆。 欧洲一些国家木器家具涂料结构是： 聚氨酯涂料占 30％～50％， 硝基涂料占 23％～25％， 酸固化漆占 15％～20％， 紫外光固化漆占10％～13％， 水性及其他涂料占 5％。

      我国单组分聚氨酯涂料以聚氨酯醇酸为主，双组分聚氨酯木器家具涂料的组分以 TDI 加成物和 HDI 缩二脲居多。 水性聚氨酯木器漆具有良好的性能， 已成功应用于家庭装修和普通家具上，并正在扩大其市场占有率， 已成为市场热点。

4.1  聚氨酯漆与聚酯漆

      现在国内市场上销售木器用高档涂料主要有聚氨酯漆 PU 和聚酯漆 PE 两大类。 涂料聚酯家具漆是聚氨酯漆和聚酯漆的总称。 从原料成本来说，聚酯漆比聚氨酯漆更高， 而在性能上， 聚酯漆就是业内外俗称的 “钢琴漆”， 具有良好外观、 硬度强及耐热性高等优点。 聚氨酯漆与聚酯漆相比有不足之处 ， 由于聚氨酯漆的固体含量只有 40%～70%， 漆中含 30%～60%有机溶剂， 涂饰后需全部挥发， 易污染环境。 聚酯漆一般指不饱和聚酯漆，主要用在生产家具的工厂中， 市场上很难买到真正的聚酯漆产品。 通常它有四个组分， 即主漆、引发剂、 促进剂和活性稀释剂， 配比很严格， 施工时涂上漆后要用蜡 （或薄膜） 把表面封闭 （已有气干性的， 可不封闭）， 固化后再经机器打磨、抛光等工序， 才能完工， 所以工艺较为复杂， 但其漆膜坚韧、 丰满， 适于制造高档家具、 音响外壳等。 目前市场上常见的所谓 “聚酯漆”， 实际上是聚氨酯漆。 它是双组分， 一个是主漆， 另一个是固化剂， 使用时按要求的比例混合， 再加适量的稀释剂， 搅拌均匀就可以涂刷了， 工艺简单，适合家庭装修用。 区分 “聚酯漆” 和 “聚氨酯漆”最简单的办法是： “聚酯漆” 配套的东西多， 有四个组分。 而 “聚氨酯漆” 配套的东西少 ， 有单组分和双组分两大类， 现在市场上双组分的产品居多， 即一个是主漆， 一个是固化剂， 配比和施工都相对的容易些。 所以选购涂料之前， 要全面了解聚酯、 聚氨酯漆的主要区别， 聚酯漆和聚氨酯漆品种较多， 有腻子、 底漆、 面漆， 有清漆、 有色漆， 有亚光、 有亮光之分。 做到心中有数， 购买时尽可能地多向销售人员询问所购涂料的有关性能是否符合要求。




4.2水性木器涂料

      水性木器涂料品种主要有水性醇酸漆、 丙烯酸水分散体涂料、 聚氨酯水分散体涂料和双组分聚氨酯涂料等。 它是以水性聚氨酯为基料， 水为分散介质。 为得到稳定的聚氨酯乳液， 有两种制备方法即外乳化法和内乳化法。 外乳化法是在溶剂的存在下， 将疏水性的聚氨酯树脂经过扩链加入乳化剂 （烷基磺酸盐、 季铵盐等）， 在水中高速搅拌强行乳化分散， 再脱除溶剂， 得到聚氨酯乳液。 或者将端—NCO 基预聚体在水中加入乳化剂进行乳化， 然后脱除溶剂。 外乳化法应用较少。内乳化法是在聚氨酯分子链节中引入亲水基团。

      目前较广泛使用的有三种类型， 即单组分、 双组分、 改良型。 水性醇酸漆在贮存过程中会水解，钴催干剂易与乳液中的乙氧基非离子表面活性剂、胺及颜填料等形成络合物， 降低涂膜的干燥速率。丙烯酸水分散体涂料的外观和耐化学性较差。 而高性能和低 VOC 含量相结合的水性聚氨酯涂料 ，由于聚氨酯分子具有裁剪性， 结合新的合成和交联技术， 可以有效控制涂料的组成和结构， 从而使其具有良好的低温成膜性、 耐高温回粘性、 很高的强度， 特别耐磨损， 使用安全无毒、 无环境污染等， 因此成为发展最快的涂料品种之一。

      水性木器涂料在我国的推广可以追溯到 20 世纪90 年代末 ， 但其性能一直未能满足用户的需要。 拜耳多年来致力于提高水性木器涂料品质 ，不断为市场提供高品质原材料。 例如： 更小的粒径的单组分水性聚氨酯分散体， 因其优异的机械性能和施工方便性， 广泛应用于木地板、 木制工艺品和玩具领域。 此后又研发了双组分水性聚氨酯。 该亲水性聚异氰酸酯和丙烯酸、 聚酯分散体或乳液能在 20～80 温度下交联反应 ， 从而获得极其优越的涂膜性能， 主要应用于家具及室外木器表面。 随着市场对更高生产效率和更好的环保性能涂料的需求， 水性紫外光固化聚氨酯分散体应运而生， 它能在室温下在紫外光或电子束照射下迅速固化。 施工非常方便， 有着极好的附着力和耐化学品性， 成为全球木器涂料市场增长最快的产品。

5.结束语

      我国聚氨酯工业经过几十年的发展， 已经有了相应的规模， 聚氨酯的年均增长率为 GDP 的两倍， 但我国人均聚氨酯的消费量仍未达到世界平均水平 。 按人均 GDP 发展和聚氨酯增长率推算 ，我国聚氨酯产业仍处于快速增长时期。 “十二五”规划明确提出 ， 聚氨酯原料 MDI、 TDI、 PTMEG 的国内产业规模将有较大发展空间。 节能减排是市场趋势， 建筑节能也成为购房者关注焦点， 新技术新材料的应用和推广给聚氨酯防水材料的发展提供了空间。