一、概述
以聚氨酯樹脂作為主要成膜物質(zhì)，再配以顏料、溶劑、催化劑及其他輔助材料等所組成的涂料，稱為聚氨酯涂料。
㈠聚氨酯涂料的特點
1、聚氨酯涂料成膜后，因其大分子結(jié)構(gòu)中含有相當數(shù)量的氨酯鍵和脲鍵等，故而決定了該涂料具有優(yōu)良的耐磨性和較高的硬度。與其他類型的涂料相比，在相同的硬度條件下，由于氫鍵的作用以及脲鍵的存在，聚氨酯涂膜的扯斷伸長率最高，耐磨耗最佳，所以廣泛地用于地板漆、甲板漆、飛機蒙皮漆、塑膠跑道以及馬路劃線漆等。
2、聚氨酯涂料兼具保護和裝飾性能，可用于高級木器漆、鋼琴、大型客機等的涂裝。
3、聚氨酯涂料具有優(yōu)異的耐油性、耐化學(xué)藥品性。所以大多數(shù)金屬或非金屬石油儲罐、油槽內(nèi)壁防腐涂料常采用聚氨酯涂料。
4、聚氨酯涂料附著力強。
5、聚氨酯涂料既能在較高溫度下固化成膜，也能在低溫固化。在0℃甚至0℃以下也能固化成膜。
6、聚氨酯涂料具有優(yōu)良的電絕緣性能。
7、聚氨酯涂料可制成溶劑型、液態(tài)無溶劑型、粉末、水性、單罐裝等多種形態(tài)，滿足不同的需要。
8、聚氨酯樹脂可與聚酯、聚醚、環(huán)氧、有機硅樹脂等配合制漆。根據(jù)不同的要求制成多種多樣的涂料品種。如轎車漆、飛機漆、電制品漆等。
㈡、聚氨酯涂料生產(chǎn)中的幾個主要問題：
聚氨酯涂料的品種繁多，在工業(yè)中使用已有數(shù)十年的歷史，近年來在品種和數(shù)量上都有顯著的增長。聚氨酯涂料生產(chǎn)中的幾個主要問題：
⒈在制備聚氨酯涂料時，所用的原料及預(yù)聚物中不能含有水，否則將使涂料在涂料罐中產(chǎn)生CO2而出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，這將使涂膜產(chǎn)生小泡，嚴重時產(chǎn)生凝膠而不能使用。
⒉異氰酸酯NCO端基中有兩個雙鍵非?；顫?，它與端羥基化合物的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此，制涂料時要注意加料速度并用夾套冷卻。
⒊聚合溫度要控制在100℃以下，要防止次級反應(yīng)的發(fā)生。
⒋聚氨酯涂料的生產(chǎn)通常要用到溶劑，對溶劑的選擇除要注意溶解能力和揮發(fā)速度以外，還應(yīng)注意溶劑對異氰酸酯端基 NCO反應(yīng)速率的影響，即溶劑不能與NCO反應(yīng)，顯然醇類溶劑不能采用；在聚氨酯涂料中用的最多的是酯類溶劑如醋酸乙酯、醋酸丁酯和醋酸溶纖劑。尤其是醋酸溶纖劑的溶解能力最強，揮發(fā)速度適中最為適用；此外，酮類溶劑也可采用，由于有異味用的較少。
⒌聚氨酯在包裝時根據(jù)使用時固化反應(yīng)條件不同而單包裝和雙包裝之分。
聚氨酯涂料中改性油涂料、吸濕固化型涂料以及封閉型聚氨酯涂料等在空氣中或在高溫下即能固化，因此，采用單包裝。羥基固化型、預(yù)聚物催化固化型聚氨酯涂料則采用雙包裝，使用時將兩組分按比例混合均勻即可使用。
㈢聚氨酯涂料的分類：
1、按包裝類型分類：單組分、雙組分、三組分。
2、按分散介質(zhì)或形態(tài)：溶劑型、無溶劑型、高固體型、水分散型、粉末涂料型等。
3、按涂料固化方式：常溫固化型（自干型）、熱固化型（烘烤型）。
一般按美國材料試驗協(xié)會（ASTM）提供的分類方法，按其組成和成膜機理而將聚氨酯涂料分為五類：
1、聚氨酯改性油涂料（單組分）
2、濕固化聚氨酯涂料（單組分）
3、封閉型聚氨酯涂料（單組分）
4、催化固化型聚氨酯涂料（雙組分）
5、羥基固化型聚氨酯涂料（雙組分）
二、聚氨酯涂料的生產(chǎn)
⒈ 封閉型聚氨酯涂料的生產(chǎn)（單包裝）
封閉型聚氨酯涂料是指將二異氰酸酯或預(yù)聚物上的 NCO基團用某種含有活潑氫的化合物如苯酚 暫時封閉起來，然后，再與端羥基聚酯或聚醚等配合，這兩組分在室溫下不起反應(yīng)，因此可以單包裝。使用時將涂膜烘烤至150℃，苯酚(沸點120℃～130℃)揮發(fā)逸出，重新釋放出NCO，便能與端羥基聚酯或聚醚的 OH反應(yīng)，形成聚氨酯涂膜。
雖然封閉劑很多，但芳香族聚氨酯涂料中所采用的封閉劑主要是苯酚和甲酚；脂肪族聚氨酯涂料中的封閉劑主要采用乳酸乙酯。
用3mol的TDI與1 mol的三羥甲基丙烷反應(yīng)，再以3mol的苯酚或甲酚做封閉劑，制成封閉型聚氨酯涂料。有關(guān)反應(yīng)如下：
目前用的最多的是苯酚作封閉劑。
該產(chǎn)物是固體，軟化點為120℃～130℃，含有12%～13%的有效的 -NCO。封閉型聚氨酯涂料主要用作電絕緣涂料，這是因為它具有優(yōu)良的電絕緣性能、耐水性能、耐溶劑性能和機械性能。
⒉聚氨酯改性油涂料的生產(chǎn)（單包裝）。
該種聚氨酯改性油涂料也叫氧氣固化聚氨酯改性油。簡稱氨酯油。
氨酯油通常是由脫水蓖麻油（干性油）單甘油酯和雙甘油酯與甲苯二異氰酸酯反應(yīng)而得。
⑴脫水蓖麻油單甘油酯和雙甘油酯的制備。
①蓖麻油的制備
蓖麻油是蓖麻酸和甘油反應(yīng)而得的蓖麻酸三甘油酯。反應(yīng)如下：
②脫水蓖麻油的制備(干性油)
蓖麻油本身屬非干性油，經(jīng)脫水后的蓖麻油為干性油。反應(yīng)如下：
③干性油單甘油酯和雙甘油酯的制備
干性油與甘油按0.48：1(摩爾比)進行酯交換后得干性油單甘油酯和雙甘油酯。
⑵合成聚氨酯改性油涂料的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)
⑶ 聚氨酯改性油涂料的固化反應(yīng)
生產(chǎn)聚氨酯改性油涂料時要求-NCO ：-OH<1（摩爾比），通常為0.9或略高一些，即-NCO不能過量，這樣產(chǎn)物中便不含游離的-NCO，所以這種涂料的貯存穩(wěn)定性好。
聚氨酯改性油涂料的固化原理:
其結(jié)構(gòu)中含有R'，它含有共軛雙鍵和次甲基-CH2- ，次甲基-CH2-上的氫原子受共軛雙鍵的影響非?；顫?，受到空氣中氧的作用而固化。
通過上述一系列反應(yīng)生成各種鏈自由基，鏈自由基互相結(jié)合，導(dǎo)致支化與交聯(lián)。
聚氨酯改性油涂料主要特點:干燥速度快，亦即固化速度快；又由于分子鏈中有氨基甲酸酯基故增加了耐油性和耐磨性，使其適用于室內(nèi)木材和水泥表面的涂覆，也可作為防腐涂料。其缺點是流平性較差，涂膜易變黃，有色涂料易粉化。
⒊ 吸濕固化型聚氨酯涂料的生產(chǎn)（單包裝）
吸濕固化型聚氨酯涂料是一種含 NCO端基的預(yù)聚物。這種預(yù)聚物是由過量的二異氰酸酯與相對分子質(zhì)量較低的端羥基聚醚（由二元醇或三元醇縮聚而得）經(jīng)逐步加成聚合反應(yīng)而得。一般來講，-NCO ：-OH=1.2～1.8 ：1。
該預(yù)聚物在空氣中吸收空氣中的水而固化，
在固化的同時產(chǎn)生CO2，但因室溫溫度較低，反應(yīng)速度慢，產(chǎn)生的CO2能從涂膜中逐漸擴散出去，所以不會產(chǎn)生氣泡。
吸濕固化型聚氨酯涂料的優(yōu)點是性能良好，使用方便，它不象雙組分涂料需現(xiàn)埸調(diào)配。
⒋ 預(yù)聚物催化固化型聚氨酯涂料（雙包裝）
這類涂料與吸濕型聚氨酯涂料相似，但采用雙包裝。
甲組分: 端羥基聚酯或聚醚與過量的二異氰酸酯形成的預(yù)聚物；
乙組分: 催化劑。常用的催化劑是二月桂酸二丁基錫和環(huán)烷酸鈷等。
使用時將兩組分混合，在催化劑作用下，預(yù)聚物中的 NCO與空氣中的水反應(yīng)，由于加入了催化劑，所以它比吸濕固化型聚氨酯涂料干燥速度快，施工時可不必考慮環(huán)境濕度的大小。
這種涂料主要用于混凝土和木材表面，做木質(zhì)地板涂料。
5、羥基固化型聚氨酯漆（雙包裝）
兩組分為：甲組分：多異氰酸酯預(yù)聚物。要求易與乙組分相混溶，且不易揮發(fā)，所以不直接采用TDI，常為TDI與三羥甲基丙烷的加成物等。
乙組分：含羥基的高分子化合物，如聚醚或聚酯多元醇、也可采用含羥基聚丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂等。在各類聚氨酯涂料中，羥基固化聚氨酯雙組分涂料品種最多，產(chǎn)量也最大，用途最廣。
三、聚氨酯涂料的其他兩個重要品種
㈠ 彈性聚氨酯涂料
彈性聚氨酯涂料最突出的特點是具有類似橡膠的高彈性、高強度、高耐磨、高抗裂和高抗沖性能。對柔軟織物、橡膠制品以及變形大的建筑場合有著特殊適應(yīng)性的防護性能。
彈性聚氨酯涂料可以看作介于橡膠和塑料之間的高分子材料，其廣泛用于以下幾個方面：
1、耐油抗?jié)B涂料
2、體育運動場地鋪面材料
3、聚氨酯彈性防水材料
4、飛機雷達罩及薄壁油箱涂料
5、建筑密封材料及其他方面的用途。
㈡水性聚氨酯涂料
水性聚氨酯是繼聚醋酸乙烯、丙烯酸系水性高分子材料之后，近二十年來迅速發(fā)展起來的一種水性高分子材料。水性聚氨酯涂料主要由多異氰酸酯、低聚物多元醇、水性擴鏈劑、去離子水等組分組成。與溶劑型聚氨酯涂料相比，水性聚氨酯涂料具有無溶劑氣味、無污染、易洗、防燃、防爆、無毒等優(yōu)點。水性聚氨酯涂料發(fā)展至今日尚存在許多不足之處：如干性慢、易產(chǎn)生針孔起泡等，因而水性聚氨酯的研究方向是：
1、改進線型水性聚氨酯體系的耐水性能、耐化學(xué)腐蝕性能、耐候性等。利用丙烯酸樹脂、有機硅樹脂改性的研究是重點。
2、開發(fā)水性雙組分聚氨酯涂料，特別是水溶性聚氨酯固化劑的開發(fā)研究。
3、水性聚氨酯乳化劑的研究，特別是自乳化功能強又較少影響耐水性的擴鏈劑的研究。