聚氨酯常用助劑在水性聚氨酯和低vocs體系中的應用前景
聚氨酯常用助劑在水性聚氨酯和低vocs體系中的應用前景
說到聚氨酯，很多人第一反應可能是“哦，那個做沙發的材料吧？”其實不然，聚氨酯（pu）的應用范圍遠比我們想象的要廣泛得多。從汽車座椅到運動鞋底，從建筑保溫材料到涂料、膠黏劑，聚氨酯幾乎無處不在。隨著環保法規日益嚴格，特別是對揮發性有機化合物（vocs）排放的限制越來越嚴苛，水性聚氨酯和低vocs體系逐漸成為行業發展的主流方向。
在這股綠色轉型的大潮中，助劑的作用不容小覷。它們就像是烹飪時的調味料，雖然用量不多，卻能決定終成品的口感與品質。那么，這些“調味料”到底有哪些？它們在水性聚氨酯和低vocs體系中又扮演著怎樣的角色呢？本文就帶你走進這個看似枯燥實則妙趣橫生的世界。
一、水性聚氨酯與低vocs體系的發展背景
水性聚氨酯是以水為分散介質的一類聚氨酯材料，其大優勢在于低vocs排放，符合當前環保趨勢。而低vocs體系則是指通過各種手段將傳統溶劑型聚氨酯中的有害揮發物降到低甚至接近零排放的體系。
這兩類體系近年來發展迅猛，尤其在涂料、膠黏劑、紡織涂層等領域表現突出。但與此同時，它們也面臨著一些挑戰，比如成膜性能差、干燥速度慢、耐水性弱等問題。這時候，助劑就派上了用場。
二、常見的聚氨酯助劑及其作用機制
在聚氨酯體系中，常用的助劑種類繁多，主要包括潤濕分散劑、消泡劑、流平劑、增稠劑、成膜助劑、交聯劑等。每一種助劑都有其特定的功能，下面我們就來一一拆解。
1. 潤濕分散劑：讓顏料“喝飽水”
水性體系中，由于水的表面張力較高，顏料粒子容易聚集，導致涂膜出現色斑、浮色等問題。潤濕分散劑就像是一位“調酒師”，它能讓顏料顆粒均勻地“喝飽水”，從而實現良好的分散效果。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 陰離子型 | tego wet系列 | 提高基材潤濕性，增強附著力 |
| 非離子型 | byk-154 | 改善流平性和光澤 |
| 聚合物型 | disperbyk-190 | 高效穩定顏料懸浮 |
2. 消泡劑：消除氣泡，還你一個“光滑臉蛋”
在攪拌或施工過程中，氣泡很容易混入體系中，形成針孔、縮孔等缺陷。消泡劑的作用就是迅速打破這些氣泡，恢復涂層的平整度。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 礦物油類 | foamstar a10 | 成本低，適用于一般場合 |
| 有機硅類 | tego defoamer系列 | 消泡速度快，適合高速噴涂 |
| 聚醚改性硅酮 | byk-024 | 兼具消泡與抑泡功能 |
3. 流平劑：讓涂層“躺得更舒服一點”
流平劑的作用是改善涂膜表面的流動性，減少橘皮、刷痕等缺陷。可以把它想象成給涂層“按摩”，讓它自然舒展。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 有機硅流平劑 | byk-348 | 提高光澤和平整度 |
| 氟碳改性流平劑 | capstone fs-63 | 極佳的潤濕性和滑爽感 |
| 丙烯酸酯流平劑 | efka pl系列 | 環保型，適用于食品包裝領域 |
4. 增稠劑：控制粘度，讓你“濃淡相宜”
增稠劑的主要任務是調節體系粘度，防止施工過程中的流掛現象。根據結構不同，可分為締合型、纖維素型和堿溶脹型。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 締合型增稠劑 | rm-8w | 抗飛濺，手感好 |
| 羥乙基纖維素（hec） | natrosol plus | 穩定性強，適用于乳膠漆 |
| 堿溶脹型增稠劑 | ase-60 | ph敏感型，適合內墻涂料 |
5. 成膜助劑：讓水性樹脂也能“抱團取暖”
水性聚氨酯在低溫下難以成膜，成膜助劑就是幫助樹脂顆粒在較低溫度下融合成連續膜層的關鍵。不過要注意的是，這類助劑往往含有一定量的vocs，因此在低vocs體系中需謹慎使用。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 醇酯類 | coalesol ep系列 | 成膜效率高，氣味小 |
| 酯類溶劑 | texanol | 廣泛用于水性木器漆 |
| 生物基成膜助劑 | biocoat系列 | 可再生資源，環保友好 |
6. 交聯劑：給分子鏈“搭橋鋪路”
交聯劑的作用是提高聚氨酯的耐化學品性、耐磨性和機械強度。常見類型包括氮丙啶類、環氧類、碳化二亞胺類等。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 醇酯類 | coalesol ep系列 | 成膜效率高，氣味小 |
| 酯類溶劑 | texanol | 廣泛用于水性木器漆 |
| 生物基成膜助劑 | biocoat系列 | 可再生資源，環保友好 |
6. 交聯劑：給分子鏈“搭橋鋪路”
交聯劑的作用是提高聚氨酯的耐化學品性、耐磨性和機械強度。常見類型包括氮丙啶類、環氧類、碳化二亞胺類等。
| 助劑類型 | 常見品牌 | 功能特點 |
|---|---|---|
| 氮丙啶交聯劑 | cx-100 | 固化快，適配性廣 |
| 環氧交聯劑 | epikote resin | 耐高溫性能優異 |
| 碳化二亞胺類 | staboxol i | 適合雙組分體系，耐水性好 |
三、助劑在水性聚氨酯和低vocs體系中的應用實例分析
實例一：水性木器涂料
水性木器涂料對光澤、硬度、耐水性要求較高。此時通常需要添加：
- 潤濕分散劑：如byk-154，提升顏料潤濕性；
- 流平劑：byk-348，保證漆面光滑；
- 成膜助劑：texanol，確保低溫成膜；
- 交聯劑：cx-100，增強漆膜性能。
這樣一套組合拳打下來，不僅解決了水性涂料常見的問題，還能達到接近溶劑型涂料的性能指標。
實例二：水性膠黏劑
在膠黏劑領域，尤其是復合薄膜用膠，環保和粘接強度是關鍵。助劑選擇上建議：
- 增稠劑：ase-60，提供良好施工性；
- 潤濕劑：tego wet系列，增強基材附著力；
- 交聯劑：staboxol i，提高剝離強度。
這種搭配既能滿足低vocs要求，又能保持優異的粘接性能，深受市場歡迎。
實例三：低vocs建筑涂料
建筑涂料對環保要求極高，必須盡量避免使用含vocs的助劑。此時可選用：
- 生物基成膜助劑：如biocoat系列；
- 氟碳流平劑：capstone fs-63，兼具潤濕與流平；
- 消泡劑：tego defoamer系列，快速破泡。
這樣的配方設計，既符合環保標準，又能保持良好的施工性能和外觀質量。
四、未來發展趨勢與挑戰
隨著人們對健康和環境的關注不斷提升，水性聚氨酯和低vocs體系將繼續擴大市場份額。然而，這也對助劑提出了更高的要求：
- 更低的vocs含量：開發更多零voc或生物基助劑；
- 多功能一體化：一款助劑具備多種功能，簡化配方；
- 更強的兼容性：適應不同體系和工藝條件；
- 智能化響應：如ph響應型增稠劑、溫控釋放型助劑等。
目前，國內外許多科研機構和企業已經開始布局這一領域。例如，德國、美國、荷蘭dsm等公司紛紛推出新型環保助劑產品，國內如萬華化學、巴陵石化也在積極跟進。
五、結語：助劑雖小，作用不小
在這個追求綠色、可持續的時代，聚氨酯助劑不再是“配角”，而是推動整個行業進步的重要力量。它們或許不像樹脂那樣顯眼，但卻像隱形英雄一樣默默支撐著每一滴涂料、每一塊泡沫、每一根織帶的誕生。
正如一句老話所說：“細節決定成敗。”在水性聚氨酯和低vocs體系中，助劑的選擇與搭配，正是那個決定成敗的“細節”。
參考文獻：
- liu, h., et al. (2020). waterborne polyurethane: synthesis and application. progress in organic coatings, 147, 105823.
- zhang, y., et al. (2019). low voc waterborne coatings: challenges and opportunities. journal of coatings technology and research, 16(4), 845–855.
- kim, j., & lee, s. (2021). recent advances in eco-friendly additives for waterborne polyurethanes. polymer reviews, 61(2), 213–235.
- 王志剛, 李曉明. (2022). 水性聚氨酯助劑研究進展. 化工新型材料, 50(3), 45–49.
- 張磊, 劉洋. (2021). 低vocs水性涂料中助劑的應用研究. 涂料工業, 51(6), 60–65.
- technical data sheet. (2023). additives for waterborne systems. ludwigshafen, germany.
- chemical company. (2022). sustainable solutions for low voc coatings. midland, usa.
如果你讀到這里還沒打哈欠，那恭喜你，已經成為一名聚氨酯助劑的小專家了！下次看到沙發、鞋子或者墻面涂料的時候，不妨想想背后那些默默奉獻的“小精靈”們——它們，才是真正的幕后英雄。
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nt cat t-12 適用于室溫固化有機硅體系，快速固化。
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