聚氨酯地坪涂料的发展现状

0 引言
地坪涂料指的是应用于水泥基层等非木质地面用的涂料,属于地面涂料的一类。近年来,各种公共场合(如超市、购物中心、体育场馆、医院手术室、实验室、工业厂房、车间等)对地面装饰物的要求从清洁、安全、舒适发展到要具有耐磨、防滑、耐腐蚀、防静电等功能性,随着要求的不断提高,地坪涂料产品逐渐受到市场重视而迅速发展。地坪涂料按成膜物质分类可分为:环氧地坪涂料、聚氨酯地坪涂料、喷涂聚脲弹性体地坪涂料以及其他地坪涂料等,其特征和应用如表1 所示[1-3]。

其中,目前市场上用量最大的品种为环氧地坪涂料,聚氨酯地坪涂料目前所占的比例还较小,但相对环氧地坪涂料而言,聚氨酯地坪涂料具有柔韧性可以调整等优势,从而能满足不同的客户需求。在欧洲,聚氨酯技术在地坪涂料体系中已占到25%份额,因此,聚氨酯地坪涂料在中国具有较大的发展空间。地坪涂料按施工方法还可分薄涂型和自流平型等类型,薄涂型使用喷涂、滚涂或刷涂施工,比较方便,用量少、成本低、厚度低;自流平型使用带齿镘刀施工,一次施工厚度0.5 mm,外观光滑平整,具镜面效果。按工序分可分为底、中、面涂,底涂主要增加涂层与混凝土地面的附着力并加强、封闭混凝土地面,中涂主要作用是找平地面,面漆提供功能性。还有一些特殊作用的地坪涂料,比如防静电、导静电地坪涂料等。

1 常见的聚氨酯地坪涂料[2]
聚氨酯类地坪涂料目前主要包括用于有弹性要求的地面的聚氨酯弹性地坪涂料,和加入防滑剂或在施工时使用防滑剂施工的聚氨酯防滑地坪涂料。
1.1 聚氨酯弹性地坪涂料
聚氨酯弹性地坪涂料除了具有优良的耐水、耐酸碱、耐油污、不起尘、易清洁、有弹性、优良的附着力及耐磨性等物理学性能以外,还具有良好的延伸性和抗冲击性等特性,可赋予地面以减震作用和行走更舒适的功能性特征,是高级机房、实验室、体育场馆、超净厂房,以及会议室、影剧院等各种要求具有弹性的工业及民用建筑地面用涂料的良好选择。聚氨酯类弹性地坪涂料多为双组分常温固化涂料,由聚氨酯弹性预聚物甲组分和由含羟基树脂组分与颜料、助剂等混合组成的乙组分所组成,施工时将甲、乙组分按比例混合,涂装后涂料交联固化成膜,形成具有弹性的彩色地面涂膜。目前所涉及到的技术有聚醚型弹性聚氨酯、聚酯型聚氨酯弹性预聚物以及新型高性能聚氨酯弹性树脂。目前,聚氨酯弹性地坪涂料与环氧树脂地坪涂料相比用量还很小,但随着人们现代生活方式的改变和各种超净尘、高舒适性的需要以及运动场馆建设的增加,伴随着聚氨酯弹性地坪涂料的品种增多、性能完善和施工技术的进步,其将在越来越多的场合被认可,应用将会越来越广泛,用量也将不断增大。

1.2 聚氨酯防滑地坪涂料
聚氨酯有很好的防滑性能,而且其涂膜干态、水湿态和油湿态时的静摩擦系数均大于0.45,因此可用于防滑性能要求高的场合,如海上采油平台、高压输电线铁塔、微波塔、航空母舰甲板,以及停车场、车间、医院、人行道、过街天桥、运动场和游泳池等建筑的地面,能起到良好的防滑效果。在停车场、人行道、车行道和体育场等场合的地坪涂料多用聚氨酯或环氧树脂作成膜物,以金刚砂作为防滑粒料配制防滑涂料。施工涂层为四层:防护底漆、中间层涂料、防滑粒料和罩面涂料。中科院水生生物研究所吴永红等人研发了一种防滑聚氨酯涂料[4],由甲苯二异氰酸酯、聚醚N210、三羟甲基丙烷、醋酸丁酯、丙酮、二月桂酸二丁基锡、苯甲酰氯、抗氧剂、1,2-丙二醇、吸水剂构成,先制备聚氨酯预聚体,再将预聚体改性后加入一种亚胺吸水剂,即可制得防滑聚氨酯地坪自流平清漆,该涂层表面呈现规则花纹,没有气泡或针孔现象,具有附着力强、耐磨、耐候、耐热、耐化学品性好、贮存期长等特点,可以与任何色彩的颜料匹配,适用于办公室、居室、食品区、运动场、飞机场、轮船以及机械、化工和医药企业车间的装饰和保护。目前我国防滑地坪涂料多用于舰船工业等领域,随着建筑业的发展,特别是公共建筑业的发展,对建筑物地面要求必将逐步提高,聚氨酯防滑地坪涂料的应用将会逐步受到重视。

2 环保型聚氨酯地坪涂料
随着科技的发展以及人们环保意识的增强,地坪涂料与其他类涂料品种一样,正向着高固体分、水性化等环保化方向发展。特别是我国体育事业的蓬勃发展,无论是大型高档体育场馆还是公共社区、厂区、院校的小型运动场所和场地,都为环保型地坪涂料涂装体系提供了大量的市场需求。
2.1 无溶剂聚氨酯地坪涂料
北京建筑材料科学研究总院研制了双组分无溶剂聚氨酯地坪涂料[5]。该无溶剂聚氨酯地坪涂料的理化性能优异,且硬度、弹性和强度等力学性能可在很宽范围内进行调整,以满足不同场所需要,同时该涂料具有良好使用性,操作时间大于20 min,能自流平,提高施工效率,固化时间不超过24 h,固化后的涂膜光亮平整,色彩鲜艳,具有良好的装饰效果,并富有弹性,感觉舒适。该涂料环保性能达到并超过了GB 18581—2001 的技术要求。无溶剂聚氨酯地坪涂料涂装体系常简称无溶剂PU 地坪涂装体系,可分为硬PU 地坪涂装体系、软PU 地坪涂装体系(弹性PU 地坪涂装体系)和运动场PU 地坪涂装体系等[6]。硬PU 地坪涂装体系、软PU 地坪涂装体系多用于工业地坪,其施工方法相似,只是通过在配方上改变成分、配比来调节漆膜的弹性和硬度。运动场PU 施工方法不同,在球场、跑道、室外停车场、高档人行道等运动性地面应用上占统治地位。硬PU 地坪涂装体系和软PU 地坪涂装体系包括:底涂层、中涂层(包括砂浆层与腻子层)和面漆层,其中底涂层和中涂层除采用无溶剂聚氨酯型产品,也可采用无溶剂环氧型产品。所不同的是,硬PU 地坪涂装体系的面涂层使用硬度在50~80(邵氏D)的无溶剂聚氨酯面漆,软PU 地坪涂装体系使用的是硬度在40~70(邵氏A)的无溶剂聚氨酯面漆。聚氨酯涂料对双组分的配比准确度、基面的潮湿度及环境中的水分含量十分敏感,因此必须避免结露、返潮等高湿环境。运动场PU 地坪涂装体系,相比于环氧做底的PU 工业地坪涂装体系,是一种纯聚氨酯涂装体系,通常又被称为聚氨酯铺面材料、塑胶铺地材料、塑胶地面等。硬度范围在45~80(邵氏A),施工方式也发展出全塑型(传统型)、透气式、复合型等多种方法。不同的施工方式直接影响PU 地坪的强度、耐久度、透水性。运动场PU 地坪涂装系统多以单组分或者多组分聚氨酯涂料封底,其上铺设多组分(常为双组分或者三组分)的无溶剂聚氨酯涂料。其中,双组分涂料施工时多用大秤称量,配比固定,常分为夏用型和冬用型。三组分涂料则必须加一台精确称量的小秤,其催化剂组分的添加量根据施工温度的高低进行增减,然后根据不同的施工方式将固体橡胶粒按比例拌入涂料,或者撒在施工好的面层,或者不加。有的则在面层再薄喷一层PU 面漆。聚氨酯涂料对水十分敏感,而运动场地坪的施工通常在室外,施工前必须注意天气的变化。
2.2 水性聚氨酯地坪涂料
(1)单组分水性聚氨酯地坪涂料
单组分水性聚氨酯涂料以水性聚氨酯树脂为基料,以水为分散介质。通过交联改性的水性聚氨酯涂料具有良好的储存稳定性、涂膜力学性能、耐水性、耐溶剂性及耐老化性能,而且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近,是水性聚氨酯涂料的一个重要发展方向。无锡市南雅化工有限公司研发出一种水性单组分脂肪族聚氨酯地坪涂料[7],由水性单组分脂肪族聚氨酯乳液、去离子水、水性分散剂、聚醚改性硅氧烷消泡剂、无溶剂聚氨酯缔合增稠剂、填料、颜料、水性防腐剂、丙二醇甲醚与N-甲基吡咯烷酮以1:1 复配的助溶剂、pH 调整剂、超微细二氧化硅消光粉配伍组成,涂料具有更优良的耐磨性和耐候性,且对环境更友好。
(2)双组分水性聚氨酯地坪涂料
双组分水性聚氨酯涂料是以水为介质,由含—OH 基的水性多元醇(通常称为A 组分)和含—NCO 基的多异氰酸酯固化剂组成(通常称为B 组分)。双组分水性聚氨酯涂料将高性能和低VOC 相结合,成为当前涂料研究的热点。水性双组分聚氨酯涂料与溶剂型双组分聚氨酯涂料对比见表2 [8]。

水性双组分聚氨酯涂料的性能范围非常广泛,其中很多性能已经达到甚至超过某些双组分溶剂性聚氨酯涂料。优点包括:具有卓越的耐候性、易清洁、抗涂鸦、耐磨性和耐刮擦性、耐化学品性等性能优异,且环保、方便施工,是作为地坪涂装的理想面漆。上海富臣化工有限公司在户外蓝球场采用水性化地坪涂装技术[9],工艺结合高强度石英砂水性环氧树脂砂浆层配以高耐候级的交联型水性聚氨酯面涂层,避免了有机溶剂对环境的污染和资源浪费,水性聚氨酯涂料面层不出现裂缝、空鼓、掉砂等质量问题,清洗方便,色彩丰富,耐磨、保光保色性好。在奥运场馆-国家游泳中心水立方的泡泡吧也采用了水性聚氨酯地坪涂料施工体系进行涂装[10],并结合艺术设计,实现了独特的艺术地坪效果。该地坪的涂装体系如图1。

该体系在无溶剂聚氨酯自流平涂层的基础上,以水性聚氨酯清漆作为面涂层,即由无溶剂聚氨酯自流平提供整体无缝、裂缝架桥性、抗冲击性以及应用不同颜色所创作的艺术画卷,又由水性聚氨酯面漆提高体系的耐候性、耐磨性、耐刮擦性及满足易清洁的需要。

3 纳米改性技术在聚氨酯地坪涂料中的应用
近年来,纳米插层技术在聚氨酯、环氧树脂改性技术中得到广泛应用,纳米插层改性是提高材料力学性能,特别是韧性的有效方法之一。中科院广州化学研究所[10]采用聚氧化丙烯二醇、甲苯二异氰酸酯、有机纳米蒙脱土等为原料,制备了有机蒙脱土纳米插层聚氨酯预聚体,并以此对环氧树脂进行改性。利用此纳米插层聚氨酯改性双酚A型环氧树脂为基料制得的高性能彩色地坪涂料提高了涂层的力学强度又具有优良韧性。李伟等[11]研发了一种纳米膨润土改性水性聚氨酯涂料,将比表面积大并富含羟基的高活性纳米级膨润土(粒径为20~100 nm)与聚氨酯硬段以氢键形成相结合,加强分子间的作用力,成膜后,加强了硬段微区的凝聚力,提高了软硬段微区的相分离程度,使其具有优良的物理机械性能和较强的抗紫外老化功能。

4 结语
聚氨酯技术目前在中国地坪涂料系列中所占的比例还相当小,但其性能相对于占主导地位的环氧来说有很大的可调整范围,可以满足不同的客户需求。在公共走廊、学校、办公室、仓库、停车场及一些工业生产车间等场所,结合具有优异耐候性的脂肪族聚氨酯体系,还可以同时满足装饰及保护的要求。在聚氨酯地坪体系中,还有具备优异耐化学品性能的重防腐地坪体系,尤其是对有机酸及高温蒸汽清洁有优异的耐抗性,可满足GMP 厂房要求,适合于食品加工厂、饮料厂、药厂等有特殊要求的工业领域。因此,随着人们对性能和环保要求的不断提高,聚氨酯涂料地坪涂料的用量和品种都将得到发展。

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