data-full-width-responsive="true"> 0 引言随着人们生活质量的提高，环保法规也越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物（VOC）的排放量、有害溶剂的含量都有严格限制。水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好等优点与水性涂料的低VOC 含量相结合，符合发展涂料工业的三前提（资源、能源、无污染）及四E 原则（经济 ECONOMY、效率EFFICIENCY、生态ECOLOGY、能源ENERGY），同时由于其以水为分散介质，所以具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点，因而近年被广泛用于各类普通涂料及功能性涂料中。本文主要介绍了无机材料在水性聚氨酯涂料中的应用研究以及水性聚氨酯涂料的应用及其发展方向。1 无机材料在水性聚氨酯涂料中的应用11 纳米ATO改性水性聚氨酯涂料ATO 是一种典型的半导体材料，锑掺量低时，其可见光区透过率高，并且可以反射红外线，可用于热镜、能量储存装置、窗玻璃涂层等。在水性聚氨酯的纳米增强改性中，其处理方法主要以原位生成法、插层法、直接混合法和溶胶- 凝胶法的研究和应用比较多。李莉等人用超声波分散得到一种纳米ATO 改性水性聚氨酯材料，并通过SEM、TEM、TGA 等测试证明了其方法的可行性。孟庆林等人制备了纳米ATO 浆料，再通过一定的工艺将浆料与水性聚氨酯制备成纳米透明隔热涂料，将其涂覆在干净的玻璃上，常温下成膜，光学性能分析表明其具有较好的隔热效果，玻璃表面光滑平整、可视性好，具有良好的市场应用前景。12 纳米ITO、AL2O3 和SiO2 复合涂料除了纳米ATO 改性水性聚氨酯涂料外，南京工业大学材料科学与工程学院的有关课题组在利用纳米粉体氧化铟锡（ITO）、AL2O3 和SiO2 为填料与聚合物树脂共混制取纳米复合涂料方面，已做了许多工作。施永建等人利用合成的水性PUA 为成膜物，纳米级的AL2O3、ITO 和二氧化硅为填料，采用共混法制取具有良好耐磨性、隔热性和UV 屏蔽性的水性聚氨酯纳米复合涂料，并通过了相应测试，研究发现：用合成的水性聚氨酯为成膜物，以纳米AL2O3 为填料，采用共混法制备涂料，当其添加量为4% 时，制得了耐磨性能优异的纳米复合涂料；用合成的水性聚氨酯为成膜物，以纳米ITO 为填料制得了具有良好隔热性能的纳米复合涂料；用合成的水性聚氨酯为成膜物，以纳米二氧化硅为填料，当其添加量为2% 时，制得的纳米复合涂料对UV 屏蔽率平均达5935%，在可见光波段的透过率在90％以上。13 氧化铁紫外屏蔽涂料透明氧化铁颜料的化学结构决定了其有很高的耐光性和耐候性。又由于极细的原级粒径（100 nm）而增加了其吸收紫外光的能力。芦小松等人以透明氧化铁为颜料，以自制的丙烯酸改性水性聚氨酯为成膜物，研究了不同类型的透明氧化铁对涂料紫外屏蔽性能的影响，发现氧化铁色浆NJ-808W 具有最佳的紫外屏蔽性和透明性，用此可制得理想的透明紫外屏蔽涂料。14 水性聚氨酯/ 水滑石复合涂料徐燕莉等人发明了一种具有抗紫外线性能的水性聚氨酯/ 水滑石复合涂料。该种涂料以聚氨酯乳液为成膜物，加入水滑石改性剂及其
他助剂等配制而成。其制备方法为：将改性剂水滑石与分散剂按比例加入研钵中研磨至半透明胶状物，然后加入聚氨酯乳液中进行超声分散、除泡，制得层状纳米水滑石改性的水性聚氨酯抗紫外线涂料，此涂料在保留聚氨酯涂料的附着力、柔韧性好等优点的同时，提高了力学性能，且具有优良的抗紫外线性能，涂层在波长200~300 nm紫外线范围可屏蔽86％的紫外线。2 水性聚氨酯特种涂料的研究进展21 防腐水性聚氨酯涂料水性聚氨酯涂料虽符合涂料行业发展环保型涂料的趋势，但因其分子中引入了亲水基团，涂膜的耐化学性和耐溶剂性较差、硬度较低、表面光泽度不高，需要加以改性。环氧树脂具有高模量、高强度、优良的附着力和低收缩率，对水、中等酸、碱和其他溶剂有良好的耐蚀性和耐化学性，并可直接参与水性聚氨酯的合成反应，提高水性聚氨酯涂膜的综合性能。文秀芳通过环氧改性水性聚氨酯制备了防腐涂料，研究表明：环氧树脂的加入显著提高了涂膜的耐水性、硬度，耐化学品性和拉伸强度。孙道兴以环氧树脂与含硅聚氨酯树脂接枝共聚得到的水性聚氨酯改性环氧丙烯酸树脂为防腐涂料基料，钛铁粉为防腐颜料，制得水性防腐涂料。结果表明：当环氧树脂E-44 的用量占树脂质量的30%，钛铁粉用量为5% 时，所合成的防腐涂料综合性能最优。22 阻燃水性聚氨酯涂料以往的涂料多含有苯、甲醛等物质，不但有毒而且容易起火，新型水性聚氨酯涂料通过改性可以解决这一问题。孙家琛等人通过实验，选用不同的阻燃体系对水性聚氨酯进行改性，得到不同类型的水性聚氨酯阻燃涂料，大大增强其防火隔热的效果。23 防锈涂料据统计，全世界每年腐蚀生锈的金属约为年产量的20% 以上，造成了很大的经济损失，采用防锈涂料是一种行之有效的方法。胡剑青等人在自乳化水性聚氨酯的合成过程中引入环氧树脂，制得水性聚氨酯环氧树脂乳液，该乳液VOC 含量低，既具有环氧树脂的高附着力、高强度、耐化学品性和防腐性，又具有聚氨酯优良的柔韧性、耐磨性、丰满度、耐老化性和成膜性能；以此乳液作为基料，通过配方设计，筛选出无毒高效复合铁钛防锈颜料，配合其他颜填料和助剂，研究制备了高性能水性防锈涂料。24 导电涂料杨正龙等人成功发明了一种含碳纳米管水性聚氨酯导电涂料：首先对碳纳米管进行化学修饰，使其表面带上一定量的羟基、羧基或者胺基，然后通过化学键接的方法引入到聚酯多元醇或者异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体中，再通过自乳化法制备含碳纳米管的水性聚氨酯分散体，最后加入去离子水和助剂，高速搅拌制得所述导电涂料。这种导电涂料，其涂膜体积电阻率为 110-5~410-4cm，表面电阻率为110-1~2102，附着力0 级，屏蔽效能为70~85 dB，长期放置后仍然保持稳定。该工艺简单、无污染、环境友好、涂膜质量高、成本低廉，产品可应用于电子工业、油罐内壁、航空航天、光波通讯、电磁屏蔽和建筑取暖等领域。3 水性聚氨酯在传统涂料中的应用31 汽车涂料汽车涂料作为涂料工业中一个重要大类，代表了涂料工业的最高水平，其用量在工业类涂料产品中也是名列前茅。水性聚氨酯在汽车涂料中的应用主要包括罩面漆、修补漆及内饰涂料。双组分聚氨酯溶剂体系目前在汽车领域达到了最高的质量要求。同时，由于该漆的高固体含量也为减少溶剂含量做出了重要贡献。聚氨酯化学经转换成水相几乎接近无溶剂漆，目前该漆也以其高质量满足了汽车罩面涂漆的要求。汽车修补漆伴随着汽车而出现，汽车原车漆要求漆膜有较好的光泽、快干、良好的耐水性、耐溶剂性和耐老化性。汽车修补漆除了要达到这些性能以外，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，但由于法律法规的限制，水性聚氨酯涂料脱颖而出，成为汽车修补涂料的新选择。所谓汽车内饰涂料，就是汽车内饰配件上用的涂料。由于汽车的类型、档次很多，相应内饰涂料也有多种类型，水性聚氨酯内饰涂料是其中最新且符合环保要求的一种。汽车内饰涂料的一般特点如下：对化学物质的抵抗力，如防晒油、杀虫剂、酸、碱、水及其
它清洗剂；良好的机械性能，如附着力、耐冲击性、耐刮性、耐磨性、低光泽；耐候性；常温或低温固化。除此之外，还要耐高低温变化、不含或少含挥发性物质、具有柔软的手感等。从以上特点可以看出：内饰涂料的要求很高，目前能够全面满足上述要求的涂料体系只有脂肪族双组分聚氨酯，能使汽车内饰配件获得柔软、奢华的外观和质感，同时也满足环保法规的要求。32 外墙涂料水性聚氨酯外墙涂料与普通外墙弹性涂料相比，不仅延伸性强度高而且还具有较好的低温弹性、耐水性及耐沾污性。我国建筑涂料科研人员和建筑涂料开发商已经研制成功水性聚氨酯- 丙烯酸酯复合外墙涂料，并开始用于建筑物外墙面装饰。该涂料既具有溶剂型聚氨酯- 丙烯酸酯外墙涂料的优良特性，又具有水性乳胶漆低 VOC 等优点，因此研究这类建筑涂料及其应用技术很有必要。水性聚氨酯- 丙烯酸酯复合外墙涂料是我国新一代环保型高档水性乳液型外墙涂料，涂膜外观光洁平整，装饰效果好，其耐水性、耐碱性、耐酸性、耐洗刷性和耐人工气候老化性优良。该涂料在涂装施工过程中无有机有毒溶剂逸出，不会污染周围环境，是一种优质的水性环保型外墙装饰涂料。4 结语水性聚氨酯涂料因其在功能和应用上的诸多优点已较广泛地进入人们的视线。近年来无论是科研单位还是工厂企业都加大了对其的研究力度，使其性能逐渐增强并趋于多样化。但是由于这一行业在国内起步较晚，加之我国的化工基础薄弱，水性聚氨酯涂料工业与国外还有较大的差距，这将促使我们以更大的热情投入到这一领域的研究中，以早日达到先进水平。
