Page 173 - 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

引入纳米二氧化硅或纳米聚多巴胺颗粒表面，形成 燃涂料，指的是其涂料本身具有阻燃特性；防火涂
纳米复合自修复水性聚氨酯[如式（5）所示]。 料，指的是涂料能保护基材不被点燃或隔绝外部燃

烧高温，保护基材不受高温作用而失去其力学性能。
)
防火涂料通常首先是阻燃涂料，在火灾现场，非膨胀
) )

型防火涂料受高温燃烧形成碳化釉状物保护基材或
式（5）
形成泡沫层。而膨胀型防火涂料高温形成泡沫层，
阻隔氧气以及隔热。

水性聚氨酯涂料研究较多的是阻燃涂料，通常
可以通过在涂料配方中添加阻燃功能填料（添加型）
有 5 篇金属离子配位自修复论文，笔者认为采用
和将阻燃功能结构通过共价键引入涂料树脂分子链
金属离子配位实现羧酸型水性聚氨酯自修复难以实
（反应键合型）获得。反应键合型将阻燃结构引入了
现。配位金属离子通常为 Zn 、Fe 离子，在羧酸水性
3+
2+
树脂分子链中成为树脂的一部分，相比较添加型可
聚氨酯体系中，羧基对这些金属离子的结合能力远
以有效阻止阻燃剂迁移以及因不使用填料而减少填
大于配体对金属离子配位能力，有 2篇论文直接用水
料带来的负面作用，提升涂膜物化性能。
性聚氨酯中羧基与 Zn 形成配位实现自修复，但羧酸
2+
阻燃水性聚氨酯也是近年研究热点之一，近 5 年
锌离子键根本就不属于动态离子键，从碳酸锌熔点
发表 SCI 论文 42 篇。其中大部分为反应键合型（36
392 ℃就能看出羧酸锌盐结合能力过强，达不到动态
篇），少量为添加型（6篇）。
键标准。这几篇论文都是复合自修复，自修复来自其
对于反应键合型阻燃水性聚氨酯涂料，核心是开
他自修复作用，样品存在自修复能力应该与金属离子
发含有阻燃结构的反应型阻燃剂。由于卤素系列阻
配位无关，金属离子真正起到的作用是交联作用。
燃剂（阻燃结构）被禁用，反应型阻燃剂一般选用磷系
通常自修复过程需要一定的外部条件，如加热
和氮系，磷系效果远高于氮系而成为主流研究方向。
光照，以及对损伤后时间要求。自修复也存在不同
早已成熟开发并已经商业化的反应型阻燃剂在
的目的，如功能自修复（耐腐蚀性等）和美学自修复
近年研究中也被采用，用于聚氨酯软硬泡的 2个系列
（涂膜表面损伤复原）。对于涂料行业，笔者认为自
商品化反应型含磷阻燃剂 OP550 和 Fryol-6[式（6）被
]
修复还仅仅是个概念，特别是本征自修复远达不到
用于阻燃型水性聚氨酯合成。
实际应用要求。开发高硬度常温自修复涂料还仅仅

是个梦想，虽然近年论文中有 6 篇论文称为常温
) ) ) ) )
（room-temperature）自修复涂料。但查看这些论文， N
) )
合成的水性聚氨酯涂膜材料极为柔软，100% 模量不

到 2 MPa，断裂伸长率超过 1000%，这不是涂料。这 式（6）
) )
种柔软水性聚氨酯无需自修复功能化，本身就具备 ) )
) )
常温自修复性能。柔软材料断裂面相互接触时，分 )

子链会发生相互扩散而黏连，且聚氨酯本身还含有
具备自修复功能的氢键。如果过分比喻，嚼过的口
更多论文（12篇）是基于 9，10-二氢-9-氧杂-10-
香糖就具备 100%自修复功能。 磷杂菲-10-氧化物（DOPO）合成了一系列反应型阻
笔者认为外援自修复可能是自修复涂料值得深入 燃剂 ，如式（7）所示。
[10]
研究的方向，但在水性聚氨酯涂料领域近5年仅有1篇 有人采用 DOPO 把其他阻燃结构，如铁（催化聚
论文发表。这篇论文采用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI） 合物碳化），多氮结构合成多重复合反应型阻燃剂用
微胶囊，长效性有问题，即使包覆很严密，最多也只能 于水性聚氨酯合成，如式（8）所示。
在涂膜中稳定存在不超过6个月，涂膜使用6个月后就 含氮反应型阻燃剂研究较少，氮阻燃效果较差，
会失去自修复性能。 氮系阻燃剂只是燃烧过程释放氮气带走热量，没有
1. 6 阻燃与防火水性聚氨酯涂料 形成碳化釉壳保护基材效果，只能作为辅助阻燃剂。

阻燃涂料与防火涂料实际上是 2 个不同概念，阻 仅有 1 篇论文合成了氮系反应型阻燃剂[式（9）用于
]
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