Page 170 - 2025水性涂料虚拟专辑

王武生：近5年水性聚氨酯涂料学术研究

1. 1 水性聚氨酯涂料耐腐蚀性研究 面修饰的氟原子层交替堆叠而成。MXene 不仅有 2D

水性聚氨酯涂料防腐性能相对较弱，极大程度 纳米材料的阻隔性，同时还具有光电等特性，如导电
上限制了其在工业涂料领域中的应用，提升水性聚 性、UV吸收、红外吸收和辐射可调、电磁屏蔽等功能，
氨酯涂料防腐性能无疑是研究热点。在 405 篇论文 因此将其引入水性聚氨酯涂料也可以获得具有 UV
防护功能的涂料、屏蔽干扰涂料以及特殊的电热、光
中，涉及防腐的达 88篇。提升涂料防腐保护主要有3
[2]
种方式，即屏蔽（阻隔）防腐、钝化防腐和电化学防 热涂料。图2为MXene 纳米片的SEM显微照片 。
腐。然而在水性聚氨酯涂料防腐研究中，大部分论
文涉及的是屏蔽（阻隔）防腐，钝化防腐和电化学防
腐论文相对较少。
提升水性聚氨酯涂层阻隔性的方式主要有提升
涂层致密性，提升涂层疏水性，提升水性聚氨酯涂料
对基材附着力以及损伤后自修复。近 5 年涉及水聚
3 μm
氨酯涂料防腐论文中有 51 篇论文涉及纳米材料改
性；19 篇为引入有机硅、有机氟、油脂等疏水基团，提 图2 MXene 纳米片SEM显微照片
升涂料疏水性；12篇涉及自修复。 Fig. 2 SEM images of MXene nanosheets
纳米材料改性是研究热点，通常添加或共聚改 聚多巴胺也是近年的“明星”纳米材料，它是一
性的纳米材料包括 0维纳米材料，如纳米二氧化硅颗 种类似于黑色素的物质，具有抗氧化性、光热转换
粒、纳米二氧化钛、聚多巴胺纳米颗粒等；一维纳米材 性、黏附性、生物相容性和生物降解等多重特性。它
料，如钛酸盐纳米管、碳纳米管、氮化硼纳米管等；二 对各种基材具有超强附着力的同时还具有抵抗各种
维纳米材料如石墨烯、氮化硼纳米片、二硫化钼纳米 恶劣环境的能力，实际上在海岸岩石上的贝壳类生
片、磷酸锆纳米片、Mxene纳米片。这些纳米材料提升 物就是通过聚多巴胺使自己牢固黏合在岩石上。在
涂层耐腐蚀性的作用机理各不相同，0 维和一维纳米
高含盐海水的巨浪冲刷下都不能使之剥离。聚多巴
材料通常是提升涂膜致密性从而提升耐腐蚀性，而二
2+
3+
+
2+
胺还可以通过表面官能团对 Ag 、Fe 、Mn 、Zn 、Cu 2+
维纳米材料通常是通过定向排布获得所谓的“迷宫效
等金属离子进行吸附，有效阻止腐蚀体系中腐蚀离
应（labyrinth effect）”来提升涂层的阻隔性（如图1） 。
[1]
子的迁移，提升涂层耐腐蚀性。聚多巴胺包覆层可
以作为二次反应平台，用作材料的进一步改性，可以
)
将各种有机物固定在聚多巴胺表面，也可采用聚多

)

巴胺包覆各种纳米材料，如氮化硼、碳纤维、氧化石
墨烯等，不仅解决了纳米材料的团聚问题，还提升了
复合涂层的防腐性能。
近 5 年在水性聚氨酯分散体中添加聚多巴胺发
表的论文有 7 篇，其中 1 篇为聚多巴胺固定酶作为抗
菌涂料，2 篇为利用聚多巴胺可高效将光转化为热
图1 迷宫效应 （light-to-heat）的特性，制备光热转化抗菌涂层和发热
Fig. 1 Labyrinth effect 涂层 。 余下 4 篇分别为聚多巴胺改性碳纳米管
在 2D纳米材料中，石墨烯无疑是研究热点，但近 （CNTs）、聚多巴胺分散氧化石墨烯（GO）、还原氧化石
年 MXene 纳米片有取代石墨烯成为新热点的趋势。 墨烯（rGO）以及层状双金属氢氧化物（layered double
MXene 是一类新型的二维材料，2011 年由美国拉格 metal hydroxide，LDH）提升水性聚氨酯耐腐蚀性。
斯顿国家实验室首次合成。它的命名源自其结构， 405 篇论文中仅有数篇涉及钝化防腐以及缓蚀
其中“M”代表过渡金属（如钛、铌、钼等），“X”代表碳 防腐。如在纳米改性水性聚氨酯中添加苯并三唑纳
化物或氮化物，“ene”表示薄层结构。MXene 的典型 米胶囊；合成含膦酰基的聚氨酯-丙烯酸杂化乳液；
结构是由薄而硬的过渡金属碳化物或氮化物层与表 在聚氨酯结构中引入具有缓蚀作用的 Co 离子 ，以
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