淺析水性單組份聚氨酯的應(yīng)用和防水特性

葉進(jìn)容

摘 要：21世紀(jì)是自然保護(hù)的白熱化階段，為了減緩全球惡性生態(tài)發(fā)展趨勢，聯(lián)合國環(huán)境保護(hù)組織以及各國對各類建材要求逐漸趨于綠色無害化。而對于現(xiàn)代工程建材領(lǐng)域來說，所涉及的材料數(shù)不勝數(shù)，每一項(xiàng)細(xì)小零件的作用都極難找到符合要求的替代品，要找到新型的，綠色的并且性價比高的替代建材，與改變原材料或者生產(chǎn)方式相比，最直接的方式便是從化學(xué)角度這一根本生產(chǎn)發(fā)明方式出發(fā)，高分子合成新型建材原料。本文主要針對新型建材中水性單組份聚氨酯的防水特性及其應(yīng)用提出相關(guān)研究意見。

關(guān)鍵詞：水性單組份聚氨酯;應(yīng)用;防水特性

0 前言

為了配合全球環(huán)保要求，改善生態(tài)環(huán)境，工程類的建材種類發(fā)生了諸多變化，其中聚氨酯作為20世紀(jì)60年代的熱門工業(yè)產(chǎn)品，被用于制作泡沫等其他建材并且受到幾乎所有建材工業(yè)的歡迎，但是由于剛剛起步，沒有意識到其對環(huán)境的危害性，雖然僅僅任其發(fā)展了幾十年的時間，聚氨酯塑料泡沫就發(fā)展為全球化。在這種情況下，工業(yè)揮發(fā)化合物也就是聚氨酯等材料含量被嚴(yán)重限制。

1 水性單組份聚氨酯相關(guān)定義

1.1 什么是聚氨酯材料

在19世紀(jì)的建材工程中，外墻保暖，運(yùn)輸保護(hù)以及各類涂料領(lǐng)域都被PVC所占據(jù)。PVC是由樹脂PVC以及各類不同催化助溶劑聚合而成，雖然制作過程繁瑣，需要通過大量分步聚合步驟，但是由于其造價低廉，廣受行業(yè)歡迎。但由于PVC是聚氯乙烯化合物，在剛剛起步時所采用的乙炔鍛造法并不成熟，雖然有著可靠的安全性和可塑性，但是由于其不穩(wěn)定的揮發(fā)性，會在高溫下分解為氯化氫等有害物質(zhì)。這些條件讓PVC成為了環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)針對對象，就此，PVC不得不做出分級并且根據(jù)環(huán)境保護(hù)力度減少生產(chǎn)。目前PVC主要被應(yīng)用于疏松樹脂，在此情況下聚氨酯（PU），全名為聚氨基甲酸酯，是一種高分子化合物，于19世紀(jì)40年代在德國誕生。PU制品主要可以分為聚氨酯泡沫塑料，聚氨酯彈性體以及聚氨酯纖維塑料，其中泡沫塑料是聚氨酯被作為原材料使用最多的建筑建材。相比于PVC塑料，聚氨酯擁有更好的耐性，穩(wěn)定性，以及可塑性，大部分的彈性塑性都在其接受范圍內(nèi)。這讓聚氨酯在隔離方面具有巨大優(yōu)勢，交通運(yùn)輸中的隔離保護(hù)以及防毒等領(lǐng)域廣泛使用其作為隔離用具來保護(hù)運(yùn)輸材料以及人員安全。

1.2 什么是水性單組份聚氨酯

為了改善聚氨酯所帶來的環(huán)境污染缺點(diǎn)，在聚氨酯經(jīng)歷八十多年的改革換代，不斷更新自身優(yōu)缺點(diǎn)之后，水性單組份聚氨酯被推向建筑建材舞臺之中。相比于之前的聚氨酯材料，水性聚氨酯最大的改動是以水代替之前聚氨酯制造中的有機(jī)溶劑材料，所以也被稱作水分散聚氨酯。由于水性聚氨酯中的有機(jī)溶劑不再是以前的可揮發(fā)有害物質(zhì)，具有綠色節(jié)能，價格低，環(huán)保價值高等有機(jī)聚氨酯不具備的特點(diǎn)。距現(xiàn)在40多年的水性聚氨酯發(fā)展歷史讓其具有了相當(dāng)復(fù)雜的種類分支，可按不同分類方式區(qū)分水性聚氨酯。例如，按照表面視覺效果或者濃度配比可以分為水性聚氨酯乳液，聚氨酯分散液，以及聚氨酯水溶液，水性聚氨酯粘液按照使用方式可分為單組份以及雙組份兩類。而廣義上的水性單組份聚氨酯指的是按照包裝形式來劃分的。同樣可以被認(rèn)作是單組份和雙組份水性聚氨酯。其中相比于雙組份水性聚氨酯，單組份聚氨酯具有攜帶方便，性價比高的特點(diǎn)。

2 水性單組份聚氨酯的可應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 不同工業(yè)各類涂料

由于水性單組份聚氨酯特殊的防水特性好，隔離性能強(qiáng)的特點(diǎn)，同時以水作為溶劑的特點(diǎn)讓其不易于所接觸材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響所覆蓋的物質(zhì)，同時又減少了對自然界有害物質(zhì)的排放，因此水性單組份聚氨酯被用做各類行業(yè)作為防水等作用的保護(hù)涂料使用。例如。紙張等書寫用具上噴涂水性單組份聚氨酯可以填滿紙張中的植物纖維空隙，讓其表面光滑，書寫筆記清晰。也可以讓紙張柔軟，易于書寫。皮革等人造服裝類上噴涂的水性聚氨酯可以通過溶劑陰離子以及其溶劑中的親水性達(dá)到良好的防塵效果，同時也讓本就容易遇冷變質(zhì)的服裝面料充分吸收聚氨酯溶劑中的水分，即達(dá)到了保護(hù)隔離的效果，又起到保護(hù)服裝質(zhì)量的作用。另外，在一些大型體育館以及宴會廳的地面上也可以將大量水性聚氨酯作為保護(hù)層用于保護(hù)地板，防水的特點(diǎn)可以讓木板保持干燥，耐磨的特點(diǎn)可以保護(hù)木質(zhì)地板不被走動劃痕影響，并保持光澤亮度。

2.2 工程建設(shè)

在工程建設(shè)方面，水性單組份聚氨酯常被作為填充劑或粘合劑用于工程建設(shè)之中。由于繼承了聚氨酯的聚合物特點(diǎn)，雖然其以水作為有機(jī)溶劑，但還是保持了相當(dāng)高的黏合性能。相比于以前的三醛樹脂粘合劑，水性聚氨酯最大的優(yōu)點(diǎn)便是其極高的環(huán)境保護(hù)價值。三醛樹脂制作過程繁瑣并且造價昂貴，其制造技術(shù)只掌握在各大企業(yè)手里，但水性聚氨酯不論是在造價還是有毒物質(zhì)上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了三醛樹脂，基本取代其成為新的廣泛黏合劑。在填充劑方面，水性聚氨酯會與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生劇烈的揮發(fā)反應(yīng)，因此工業(yè)上將其常用于填補(bǔ)施工建筑縫隙，排查漏洞等。

2.3 保護(hù)建材

由于水性聚氨酯的穩(wěn)定性強(qiáng)，造價低，所以常被用于保護(hù)施工建筑等建材領(lǐng)域上。水性聚氨酯防水涂料可以長期受到日曬而保護(hù)下層泥漿沙石保持良好質(zhì)量水平，而且無毒無味，因此常用于橋梁道路，發(fā)電基站，住房內(nèi)部墻體等，保護(hù)其建筑材質(zhì)。

3 水性單組份聚氨酯防水原機(jī)理

3.1 理論方面

水性單組份聚氨酯作為高分子聚合物，具有良好的穩(wěn)定性。經(jīng)過繁瑣的制作過程之后，在水性聚氨酯分子層面加入了二苯甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG）等化合物聚合分子。而這些高分子都具有大量的穩(wěn)定-NCO基團(tuán)，不易與外界發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)變，這使其在分子層面的陰陽離子相互聚合，羧基與氫基不停反應(yīng)結(jié)合，相同基團(tuán)互相吸引，產(chǎn)生極強(qiáng)的內(nèi)聚性并且組成堅(jiān)固密集的隔離網(wǎng)，這讓其從分子層面具有明顯的疏水性。但相比于之前的油性聚氨酯，水性聚氨酯無疑造價更為低廉而且環(huán)保。

3.2 材料方面

在材料方面，水性單組份聚氨酯采用了大量疏水性樹脂，低聚物多元醇，二異氰酸酯以及擴(kuò)鏈劑。疏水性樹脂是良好的助溶劑和防水材料，可以提高聚氨酯聚合物與水的親和性，與水充分混合可以讓聚氨酯達(dá)到水溶劑飽和狀態(tài)，讓其無法再吸水形成穩(wěn)定膠體以達(dá)到防水效果。低聚物多元醇相比于其他醇類，因?yàn)槠涞途鄣脑蚝茈y與水發(fā)生反應(yīng)，耐水性強(qiáng)，而二異氰酸酯為其聚合物提供了穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境，使其成為穩(wěn)定聚合物。這些都早就了水性單組份聚氨酯強(qiáng)大的穩(wěn)定性，耐化學(xué)性以及防水性，但是最重要的是擴(kuò)鏈劑，擴(kuò)鏈劑可以讓原材料中的聚合物基團(tuán)數(shù)量大量增多，穩(wěn)固聚合反應(yīng)，讓其具備更堅(jiān)固的防護(hù)網(wǎng)。

3.3 制作過程方面

在制作過程方面，水性聚氨酯的主要制備方法有很多，其中自乳化法和外乳化法是主要的兩種制備方法。在兩種方法中自乳化法利用了聚氨酯分子鏈的親水性使其達(dá)到飽和態(tài)并具有防水效果，價格相對低廉，但一般的自乳化法并不能使聚合物分子鏈完全反應(yīng)，需要加入一定的催化劑幫助其達(dá)到完全水飽和狀態(tài)以達(dá)到預(yù)期防水效果。

4 結(jié)語

綜上，水性聚氨酯在保護(hù)環(huán)境的前提下，既達(dá)到了行業(yè)對建筑保護(hù)材料的要求，具有穩(wěn)定性，安全性，防水性等特點(diǎn)，不僅可以保護(hù)建材，裝飾建筑，還可作為黏合劑和填充劑，又符合聯(lián)合國環(huán)境保護(hù)組織維護(hù)生態(tài)發(fā)展的規(guī)定。不僅如此，其具有的便攜性以及易實(shí)用性已經(jīng)逐漸取代油性聚氨酯，具有極高的經(jīng)濟(jì)價值。但目前水性聚氨酯的原材料生產(chǎn)只掌握在世界數(shù)個大型企業(yè)手中，對其技術(shù)壟斷限制了其發(fā)展，在經(jīng)歷之前的四十多年發(fā)展之后，水性聚氨酯將成為行業(yè)必不可少的原材料之一。

參考文獻(xiàn)：

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