В 2025 году индустрия покрытий ускоряет движение к достижению двойной цели: «зеленой трансформации» и «повышения эксплуатационных характеристик». В таких высокотехнологичных областях, как автомобильная промышленность и железнодорожный транспорт, покрытия на водной основе превратились из «альтернативных вариантов» в «основной выбор» благодаря низкому уровню выбросов ЛОС, безопасности и нетоксичности. Однако, чтобы соответствовать требованиям суровых условий эксплуатации (например, высокой влажности и сильной коррозии) и более высоким требованиям пользователей к долговечности и функциональности покрытий, технологические прорывы в области полиуретановых покрытий на водной основе (WPU) продолжают стремительно развиваться. В 2025 году отраслевые инновации в области оптимизации рецептур, химической модификации и функционального дизайна придали этому сектору новый импульс.
Углубление базовой системы: от «настройки передаточного числа» к «балансу производительности»
Двухкомпонентный полиуретан на водной основе (WB 2K-PUR), являясь лидером по эксплуатационным характеристикам среди современных покрытий на водной основе, сталкивается с ключевой проблемой: поиском оптимального соотношения компонентов и эксплуатационных характеристик полиольных систем. В этом году исследовательские группы провели углубленное исследование синергетического эффекта полиэфирполиола (ПТМЭГ) и полиэфирполиола (P1012).
Традиционно полиэфирный полиол повышает механическую прочность и плотность покрытия за счёт плотных межмолекулярных водородных связей, но его избыточное добавление снижает водостойкость из-за высокой гидрофильности сложноэфирных групп. Эксперименты подтвердили, что при содержании P1012 в полиольной системе 40% (г/г) достигается «золотой баланс»: водородные связи увеличивают плотность физических сшивок без избыточной гидрофильности, оптимизируя комплексные эксплуатационные характеристики покрытия, включая стойкость к солевому туману, водостойкость и прочность на разрыв. Этот вывод даёт чёткие рекомендации по разработке базовой формулы WB 2K-PUR, особенно для таких случаев, как автомобильные шасси и металлические детали железнодорожного транспорта, требующие как механических характеристик, так и коррозионной стойкости.
«Сочетание жёсткости и гибкости»: химическая модификация открывает новые функциональные границы
В то время как базовая оптимизация соотношения компонентов — это «тонкая настройка», химическая модификация представляет собой «качественный скачок» для полиуретана на водной основе. В этом году были отмечены два направления модификации:
Путь 1: Синергетическое улучшение с помощью производных полисилоксана и терпена
Сочетание полисилоксана с низкой поверхностной энергией (ПММС) и гидрофобных производных терпенов наделяет WPU двойными свойствами: «супергидрофобность + высокая жёсткость». Исследователи приготовили полисилоксан с концевыми гидроксильными группами (ПММС) с использованием 3-меркаптопропилметилдиметоксисилана и октаметилциклотетрасилоксана, а затем привили изоборнилакрилат (производное камфена, полученного из биомассы) к боковым цепям ПММС с помощью УФ-инициированной тиол-еновой клик-реакции, образовав полисилоксан на основе терпенов (ПММС-I).
Модифицированный WPU продемонстрировал значительные улучшения: статический угол смачивания водой увеличился с 70,7° до 101,2° (приближаясь к супергидрофобности, подобной свойствам листа лотоса), водопоглощение снизилось с 16,0% до 6,9%, а прочность на разрыв увеличилась с 4,70 МПа до 8,82 МПа благодаря жёсткой структуре терпенового кольца. Термогравиметрический анализ также выявил повышенную термостойкость. Эта технология предлагает комплексное решение «противообрастающей и атмосферостойкой» защиты для наружных деталей железнодорожного транспорта, таких как панели крыши и боковые обвесы.
Путь 2: Полииминная сшивка делает возможной технологию «самовосстановления»
Самовосстановление стало популярной технологией в области покрытий, и исследования этого года объединили ее с механическими характеристиками WPU, чтобы достичь двойного прорыва: «высокая производительность + способность к самовосстановлению». Сшитый WPU, полученный с использованием полибутиленгликоля (PTMG), изофорондиизоцианата (IPDI) и полиимина (PEI) в качестве сшивающего агента, продемонстрировал впечатляющие механические свойства: прочность на разрыв 17,12 МПа и удлинение при разрыве 512,25% (близко к гибкости резины).
Важно отметить, что он полностью самовосстанавливается за 24 часа при температуре 30 °C, восстанавливаясь до прочности на разрыв 3,26 МПа и относительного удлинения 450,94% после ремонта. Это делает его идеально подходящим для деталей, подверженных царапинам, таких как автомобильные бамперы и салоны железнодорожных вагонов, что значительно снижает затраты на обслуживание.
«Интеллектуальное управление в наномасштабе»: «революция в области поверхностей» для противообрастающих покрытий
Антиграффити и лёгкая очистка — ключевые требования к высококачественным покрытиям. В этом году внимание привлекло покрытие, устойчивое к обрастанию (NP-GLIDE) на основе «жидкоподобных наночастиц PDMS». Его основной принцип заключается в прививке боковых цепей полидиметилсилоксана (PDMS) к вододиспергируемой полиольной основе через привитой сополимер полиол-g-PDMS, образуя «наночастицы» диаметром менее 30 нм.
Обогащение ПДМС в этих нанопулах придаёт покрытию «жидкоподобную» поверхность — все тестовые жидкости с поверхностным натяжением выше 23 мН/м (например, кофе, масляные пятна) соскальзывают, не оставляя следов. Несмотря на твёрдость 3H (близкую к обычному стеклу), покрытие сохраняет превосходные противообрастающие свойства.
Кроме того, была предложена стратегия борьбы с граффити «физический барьер + мягкая очистка»: введение тримера IPDI в полиизоцианат на основе HDT для повышения плотности пленки и предотвращения проникновения граффити, а также контроль миграции силиконовых/фторидных сегментов для обеспечения долгосрочной низкой поверхностной энергии. В сочетании с ДМА (динамическим механическим анализом) для точного контроля плотности сшивки и РФС (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией) для определения характеристик миграции на границе раздела, эта технология готова к промышленному внедрению и, как ожидается, станет новым эталоном в области защиты от обрастания автомобильных красок и корпусов 3C-продуктов.
Заключение
В 2025 году технология покрытий WPU переходит от «улучшения отдельных характеристик» к «многофункциональной интеграции». Будь то оптимизация базовой формулы, прорывы в области химической модификации или инновации в функциональном дизайне, основная логика вращается вокруг синергии «экологичности» и «высокой производительности». В таких отраслях, как автомобилестроение и железнодорожный транспорт, эти технологические достижения не только продлевают срок службы покрытий и снижают затраты на обслуживание, но и способствуют двойной модернизации в области «экологичного производства» и «высококачественного пользовательского опыта».
Время публикации: 14 ноября 2025 г.