1937年,奧托•拜耳先生發明聚氨酯,奠定了聚氨酯化學的基礎,開發出適合不同用途需要的聚氨酯技術。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、聚醚及丙烯酸酯應用于聚氨酯涂料的生產中。
    1中國涂料工業的發展
     當今中國正向環境友好和更高性能的涂料方向發展。在高性能與環境友好兩者的相結合的競爭中,聚氨酯涂料成為涂料工業的原材料供應商首選產品之一。如今世界上的所有頂級涂料公司都在一定程度上使用基于聚氨酯的產品來服務他們多樣化的市場和客戶。聚氨酯在耐腐蝕性、耐候性、耐刮擦性等方面性能優異。同時具有環境友好這一特性。在中國用于涂料工業的聚氨酯技術(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中占主導地位,占到75%的市場份額,緊接著是汽車修補漆,它占40%多的市場份額。聚氨酯技術在防腐涂料、塑料涂料和汽車原廠漆方面的應用也越來越大,占10%的市場份額。近來,聚氨酯涂料在中國涂料市場中正以15%的平均增長率在增長。中國的建筑工業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中有望達到30%左右。
    2聚氨酯的應用
    2.1聚氨酯在汽車原廠漆和修補漆中的應用
    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。聚氨酯清漆市場份額超過30%。目前,聚氨酯清漆在中國年增長率15%。相對于傳統的氨基丙烯酸清漆,聚氨酯技術清漆外觀更加清澈透亮,耐候性更加出色。同時對于現在市場上很關心的耐洗性能和耐酸雨性能,聚氨酯清漆都有很明顯的優勢,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,為了減少有機揮發物的排放,一些汽車廠商已經開始使用水性汽車原廠漆,在這方面,聚氨酯技術有更加明顯的技術優勢。拜耳是最早把聚氨酯引入到修補漆中的公司之一。現在拜耳的雙組分修補漆原料在全世界范圍都在廣泛的應用。
 2.2聚氨酯在木器涂料中的應用
    聚氨酯技術在木器涂料方面的應用的歷史已超過60年。聚氨酯涂料開始在中國木器涂料市場的應用大約在20世紀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國,增長率估計在12%～15%。如今迫于低有機揮發物涂料的壓力,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的熱點。水性木器涂料在中國的推廣可以追溯到20世紀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,不斷為市場提供高品質原材料,例如:更小的粒徑的單組分水性聚氨酯分散體,因其優異的機械性能和施工方便性廣泛應用于木地板、木制工藝品和玩具領域。為得到和溶劑型聚氨酯木器漆性能相似的產品,研發了雙組分水性聚氨酯,憑借其對各種底材的良好附著性及優異的耐化學品、耐磨、堅韌性,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℃溫度下交聯反應,從而獲得極其優越的涂膜性能,主要應用于家具及室外木器表面。隨市場對更高生產效率和更好的環保性能涂料的需求,水性紫外光固化聚氨酯分散體應運而生,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品性,成為全球木器涂料市場增長最快的產品。
    2.3聚氨酯在防腐涂料中的應用
    聚氨酯涂料具有耐侯好、保光性好,色澤穩定性好,耐腐蝕、耐酸雨、低溫施工性好,涂層可覆涂性能好,易修復,涂層柔韌性好并具有優良的延展性、耐沖擊性和抗震動效果好的性能優勢,其卓越的綜合性能使其在防腐工程中得到廣泛的應用。與其他涂料相比,聚氨酯涂層系統的生命周期成本最低,并能達到歐美關于有機揮發物高要求的排放標準。其優秀的化學性能、較好的經濟效益及低有機揮發物標準贏得越來越多的專業人士和用戶的認可,聚氨酯已成功應用于橋梁、近海平臺、港口機械、工廠設備、貯罐管道及機場、體育場館等建筑設施。在全球范圍內,隨著對工程涂層保護功能及表觀要求的不斷提高,聚氨酯在鋼結構防腐蝕領域的應用也在不斷發展中。除了常規雙組分聚氨酯技術外,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域的應用空間,并在歐美的諸多工程應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具備了覆涂間隔短、固化反應快的特點,兩種產品在同一系統共同使用,使其快速特性疊加,形成快速處理涂層系統。而另一方面,濕固化聚氨酯與天氡氨酸酯聚脲同時具備優越的耐腐蝕性能,二者配套使用又強化了體系高功能、重防腐的工程優勢。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在中國的應用和進一步發展是必然的,也將會是成功的。
    2.4聚氨酯在塑料涂料中的應用
    塑料已被成功地應用于汽車行業很多年了,并且應用的數量日漸增多。塑料可以應用于很多地方,例如車身、車廂間隔間,另外還有發動機上的鋼鐵已經全部或部分地被塑料取代。塑料除了質輕的優點外,還具有很多優點。適當的模塑使得它具備廣泛的設計空間、零部件組合的潛力和好的動力學性能。發生碰撞時有很好的能量吸收能力以減少碰撞時破壞的程度。除此之外,塑料不會生銹腐爛。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用
    作為地坪涂料,聚氨酯技術目前在中國自流平系列中所占的比例還相當小,但其性能相對于占主導地位的環氧來說有很大的范圍可以調整,可以滿足不同的客戶需求。在相對成熟的歐洲市場,聚氨酯技術在地坪漆體系中可以占到25%,因此對中國的市場來說,聚氨酯技術在地坪漆領域還有很大的發展空間。與常規環氧地坪漆相比,聚氨酯最大的特點是柔韌性可以調整。具備一定柔韌性的聚氨酯地坪漆,不僅可以提供優異的裂縫橋接、耐沖擊性、耐磨等機械性能,對混凝土保護性更好,還具有消音、柔性腳感等特性,同時具備無縫結構,易于清潔,并耐一般化學品。因此這類聚氨酯體系同時擁有環氧地坪和卷材的優點并克服了其局限性,可以應用于公共走廊、學校、辦公室、倉庫、停車場及一些工業生產車間等場所,結合具有優異耐候性的脂肪族聚氨酯體系,還可以同時滿足裝飾及保護的要求。在聚氨酯地坪體系中,還有具備優異耐化學品性能的重防腐地坪體系,尤其是對有機酸及高溫蒸汽清潔有優異的耐抗性,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領域,而且這種特性是無法用其它技術所取代的。作為墻面漆,目前溶劑型脂肪族聚氨酯已經有一定的應用,但相對乳膠漆來說比例相當小。其具有優異的耐候性、易清潔、耐化學品等特性,已經應用于高檔建筑、廠房、公共場所等外墻。現在,新一代雙組分水性聚氨酯體系在達到高性能的同時,擺脫了溶劑的束縛,還可以調整柔韌性,更適合于一些對VOC有一定限制的公共場所或特殊潔凈廠房使用的要求。對于屋面、防水領域,中國市場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,預計未來的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用在地下室中,屋面應用只有2%～5%,主要產品集中在溶劑型聚氨酯。對于這一領域來說,聚氨酯防水涂料的發展方向是無溶劑化,在減少了VOC的同時,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度、無縫、可行走、防植物根穿透、耐化學品等特性,配合脂肪族聚氨酯面漆可以具備優異的耐候性,因此可以提供相對長期保護,并且容易維護。
    2.6水性聚氨酯涂料
    盡管聚氨酯涂料在中國只占整個涂料領域的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,因為它的分子結構和大小可以根據性能進行靈活調節。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,可以通過交聯反應來改性水性聚氨酯涂料,以增強其耐溶劑和耐化學品性,且制成高光的膜,這對調色師來說是相當重要的。因此,水分散體水性聚氨酯涂料有著廣泛的應用領域。
    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性溶劑,又具有優異的物理機械性能和耐化學品性能。
   
 
表1水性聚氨酯涂料的應用領域預測
    和樹脂系列產品并成功的應用在家具涂料上。現在輻射固化涂料的應用范圍已經由木器、家具拓展到紙張、薄膜、塑料、金屬或礦物底材上,并且既能應用在室內也可以用在戶外。并開發了UV粉末涂料。
    3結語
    在未來,對健康安全的關注和法律法規的發展將會持續影響聚氨酯涂料市場。只要比較一下現有的涂料技術就不難發現,以樹脂和異氰酸酯為核心的聚氨酯化學,可以提供最好、最經濟、最靈活的解決方案。