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前言

随着人们环保意识的日益提高以及各国出台的法律法规对挥发性有机物质（VOC/TVOC）、有害空气污染物（HAPs）的控制日趋严格，21世纪的世界涂料行业正走在“水性化”、“无溶剂化”、“绿色化”发展的快车道

[1]

。腐蚀是一种因材料与周围环境中的介质发生化学或者电化学变化而改变或者丧失材料原有性能的现象。根据相关数据统计，各国每年因金属腐蚀造成的经济损失占各国GDP收入的2%-4%，约是地震、洪水、台风等自然灾害经济损失的6倍

[2]

。近年来防腐蚀涂料在不断提高防腐性能的同时，也迅速向“水性化”方向发展。聚氨酯防腐涂料是继其他防腐涂料之后的最通用的涂料品种，其用量仅次于醇酸树脂涂料

[3]

。其中水性聚氨酯防腐涂料正成为水性防腐涂料中的佼佼者，它不但有优良的物理性能，而且具有优异的耐强酸、耐强碱、耐老化、耐盐雾（>480h）、耐盐水（>480h）等化学性能，在水性防腐涂料领域得到迅速发展。但是水性聚氨酯由于以水为分散剂，含有亲水基团，其涂膜的耐水性能较差

[4]

,较溶剂型涂料，交联密度低，不利于阻挡腐蚀性因子进入基材内部

[5]

、

[6]

。因此为达到防腐蚀性能，需要对水性聚氨酯进行改性。本文对水性聚氨酯防腐涂料的分类、改性以及研究进展进行了综述，并对今后的发展前景进行了展望。

1  

水性聚氨酯

聚氨酯是聚氨基甲酸酯（polyurethane）的简称，一般定义为在高分子链上含有重复的氨基甲酸酯键的结构单元的高分子化合物为聚氨酯

[7]

。中国是全球涂料产业的生产大国，2014年涂料总产量1.5亿吨左右。聚氨酯涂料产量约145万吨，同比增长3.6%。聚氨酯涂料是目前较常见的一类，可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料

[8]

。水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称为水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯

[9]

。鉴于其独特的化学结构，赋予了水性聚氨酯涂料优异的性能：(1)涂膜耐磨与黏附力强；(2)涂膜防腐性能优异，耐油、耐酸碱盐，耐工业废气；(3)涂膜软硬可调，施工温度范围广；(4)耐高低温性好，从-40℃到300℃都可有相应的品种

[10]

。

2.  

水性聚氨酯防腐涂料的分类

2.1  

单组分水性聚氨酯防腐涂料

1942 年，P Schlack

[11]

成功研制单组分水性聚氨酯涂料，制得的水性聚氨酯涂料粒径较大，稳定性较差。因乳化剂用量过多，造成涂膜成膜性能较差，从而导致所制得的涂料应用范围受限

[12]

。单组分水性聚氨酯是一类以水为分散剂且施工方法简单的环境友好型涂料

[13]

。通过交联改性的水性聚氨酯涂料具有良好的储存稳定性、涂膜力学性能、耐水性、耐溶剂性及耐老化性能，而且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近

[10]

。

Son Suk-Hye等

[14]

先将羧基引入到聚氨酯分子链段，再与三乙胺中和成盐，合成了一种能自乳化的水性聚氨酯涂料，并探讨了中和程度以及羧基含量对水性聚氨酯性能的影响。随着中和程度和羧基含量的提高，乳胶粒子的尺寸大小从47nm减少到27nm，乳液的稳定性也随之提高。

杨冬亚等

[15]

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或者甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、聚醚多元醇(GE220)和二羟甲基丙酸(DMPA)为原料，通过预聚体法合成单组分水性聚氨酯，调整其NCO/OH值以及DMPA的含量，研究其稳定性以及成膜后的物理性能变化。结果表明：当NCO/OH的摩尔比为1.8:1，DMPA:GE220=2:1时，乳液平均粒径大小为30.60nm，粒径分布指数0.306，水性聚氨酯吸水率为14.81%，其成膜后物理性能达到最佳。

赵静等

[16]

以二乙醇胺(DEA)以及丙酮丙烯酰胺(DAAM)通过Micheal加成合成一种新型聚氨酯扩链剂，用于与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG1000)、二羟甲基丙酸(DMPA)、三羟甲基丙烷(TMP)聚合，制得酮肼交联水性聚氨酯乳液。当n(-NHNH

2

)与n(-CO-)的比值从0到1:1时，涂膜吸水率从32.42%下降到14.28%，硬度提高到2H。涂膜热失重测试表明酮肼交联结构的引入，提高了涂膜的热稳定性。

相比于溶剂型双组分聚氨酯涂料，单组分水性聚氨酯涂料的耐水性、机械性能和耐化学品性能存在一定的差距。而添加固化剂使分子间发生交联反应，制成双组分水性聚氨酯涂料是提高涂膜性能的最好方法

[17]

。

2.2   

双组分水性聚氨酯防腐涂料

双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度大以及耐化学品、耐候性好等优越性能，广泛运用于工业保护、木器家具和汽车涂料等领域。双组分水性聚氨酯涂料主要由含-OH基的水性多元醇和含....