水性聚氨酯(WPU)涂料是将高分子聚合物分散于水中或者以乳液的形式存储的环境友好型涂料,可以大大降低VOC 排放量,广泛用于家电、木器、建筑、塑料、工业防腐等领域。随着社会智能化的发展,涂料的应用也不仅局限于传统意义上的遮盖和保护,而是向智能化、生态化方向发展。
1 水性聚氨酯智能涂料制备途径
水性聚氨酯涂料的研究始于20世纪50年代,最早用于皮革涂饰剂。早期采用强制乳化法工艺生产水性聚氨酯,因为存在部分乳化剂的残留等问题而逐渐弃用。目前主要采用内乳化法,使聚氨酯大分子能够自乳化,在水中稳定存在。
2 智能WPU涂料分类与设计应用
智能WPU的种类较为繁多,按照制备工艺和用途大致可分为:
(1)表面防沾污类,包括表面自清洁WPU涂料、表面防涂鸦WPU涂料等;
(2)抗压改性类,主要包含受损自修复、自润滑等方面;
(3)生物活性改性类,如生物抑菌、生物催化等;
(4)光电热传导改性类,如WPU阻燃材料、磁性涂料等;
(5)温度调节感应型涂料,包括温致变色WPU涂料、温度调节WPU涂料等。
部分智能涂料(如阻燃WPU涂料、红外吸收WPU涂料等)已实现工业化生产。
2.1 WPU表面防沾污涂料
WPU涂层因具有良好的疏水疏油性、耐沾污性、耐化学品性和易清洁性,被广泛用作智能防沾污涂料。WPU涂料的防沾污性能主要体现在两个方面:
(1)涂膜自身不容易被沾污;
(2)涂膜沾污后容易清洗。
WPU涂料通过引入智能大分子嵌段调控涂膜表面自由能达到自清洁效果。
2.2 自修复WPU涂料
涂料在施工和使用的过程中,材料的内部和表面不可避免地受到损伤,但是有些损伤用仪器难以检测,这使涂层的稳定性、力学强度等性能降低,从而达不到保护基底的作用,给基底材料带来不可预测的严重后果
2.2.1 本征型自修复WPU 涂料
本征型自修复体系是利用成膜聚合物自身的化学特点,通过外界光电热等刺激自动愈合损伤,可以基本恢复材料的完整性和机械性能。本征型自修复体系主要依靠聚合物分子间的共价键和非共价键作用,可以多次刺激、修复。
2.2.2 埋植型自修复WPU 涂料
埋植型自修复WPU 涂料预先将修复剂植入涂层中,当受到外界作用造成材料损伤后,体系感应损伤并且释放修复剂,达到自修复效果。根据植入修复剂方式的不同主要分为:液芯纤维自修复、微胶囊自修复、微脉网络结构。不同于本征型自修复涂料,埋植型自修复涂料不需要外界刺激即可完成修复,自修复剂多以填料的形式加入WPU 涂料配方中。
2.3 智能防霉抗菌类WPU涂料
生活中各种各样的有害细菌不仅危害人们的健康,还会产生气味和霉点,破坏涂层结构。WPU 涂料常应用于日用品和儿童玩具上,对于抗菌性能的要求更为严格。
2.4 光电响应类WPU涂料
2.4.1 WPU 隐身涂料
隐形飞机等军事设施均是利用隐身涂料的特性,在可见光、红外光、紫外光、雷达等探测下不被敌方发现。智能“变色龙”涂料,可以根据周围自然环境的改变而改变自身颜色达到伪装效果。
2.4.2 WPU 发光涂料
发光涂料能够在特定的环境中起到警示、照明的作用,主要包括荧光、反光、自发光和蓄光型涂料。
2.5 智能节能保温类WPU涂料
玻璃隔热是调控室内温度的重要环节,玻璃覆盖面积占据建筑物的一半以上,将智能调温WPU涂料涂覆于玻璃表面可以起到较为明显的调温隔热效果。
3 结语
水性聚氨酯智能涂料是一个十分具有前景的研究方向,将聚氨酯涂料优异的机械性能、化学稳定性等与智能化领域相结合,赋予聚氨酯涂料新的应用前景。随着整个社会的智能化发展,水性聚氨酯涂料必将迎来全面的、全行业的智能化发展,同时智能化发展也是21 世纪整个涂料行业发展的必然趋势。