В 2025 году лакокрасочная промышленность ускоряет движение к достижению двойной цели: «зеленой трансформации» и «повышения эксплуатационных характеристик». В таких высокотехнологичных областях, как автомобильная промышленность и железнодорожный транспорт, водорастворимые покрытия превратились из «альтернативных вариантов» в «основной выбор» благодаря низкому уровню выбросов летучих органических соединений, безопасности и нетоксичности. Однако, чтобы соответствовать требованиям жестких условий эксплуатации (например, высокой влажности и сильной коррозии) и более высоким требованиям пользователей к долговечности и функциональности покрытий, технологические прорывы в области водорастворимых полиуретановых (WPU) покрытий продолжаются быстрыми темпами. В 2025 году инновации в оптимизации рецептур, химической модификации и функциональном дизайне вдохнули новую жизнь в этот сектор.
Углубление базовой системы: от «настройки соотношения» к «балансу производительности»
Будучи «лидером по эксплуатационным характеристикам» среди современных водорастворимых покрытий, двухкомпонентный водорастворимый полиуретан (WB 2K-PUR) сталкивается с ключевой проблемой: балансированием соотношения компонентов и эксплуатационных характеристик полиольных систем. В этом году исследовательские группы провели углубленное изучение синергетического эффекта полиэфирного полиола (PTMEG) и полиэфирного полиола (P1012).
Традиционно полиэфирный полиол повышает механическую прочность и плотность покрытия за счет плотных межмолекулярных водородных связей, но его избыточное добавление снижает водостойкость из-за сильной гидрофильности сложноэфирных групп. Эксперименты подтвердили, что при содержании P1012 40% (г/г) в полиольной системе достигается «золотой баланс»: водородные связи увеличивают физическую плотность сшивки без чрезмерной гидрофильности, оптимизируя комплексные характеристики покрытия, включая устойчивость к солевому туману, водостойкость и прочность на разрыв. Этот вывод дает четкие указания для разработки базовой формулы двухкомпонентного полиуретанового покрытия на водной основе, особенно для таких сценариев, как автомобильные шасси и металлические детали железнодорожных транспортных средств, требующие как механических характеристик, так и коррозионной стойкости.
«Сочетание жесткости и гибкости»: химическая модификация открывает новые функциональные возможности.
В то время как базовая оптимизация соотношения компонентов — это «тонкая настройка», химическая модификация представляет собой «качественный скачок» для полиуретанов на водной основе. В этом году особенно выделялись два направления модификации:
Вариант 1: Синергетическое усиление с помощью полисилоксановых и терпеновых производных.
Сочетание полисилоксана с низкой поверхностной энергией (PMMS) и гидрофобных производных терпенов наделяет WPU двойными свойствами: «сверхгидрофобностью + высокой жесткостью». Исследователи получили полисилоксан с гидроксильными концевыми группами (PMMS), используя 3-меркаптопропилметилдиметоксисилан и октаметилциклотетрасилоксан, а затем привили изоборнилакрилат (производное камфена, полученного из биомассы) к боковым цепям PMMS посредством УФ-инициированной тиол-енной клик-реакции для образования полисилоксана на основе терпенов (PMMS-I).
Модифицированный WPU продемонстрировал значительные улучшения: статический угол смачивания водой увеличился с 70,7° до 101,2° (приближаясь к сверхгидрофобности, подобной листу лотоса), водопоглощение снизилось с 16,0% до 6,9%, а прочность на разрыв возросла с 4,70 МПа до 8,82 МПа благодаря жесткой структуре терпенового кольца. Термогравиметрический анализ также выявил повышенную термическую стабильность. Эта технология предлагает комплексное решение «защита от обрастания + устойчивость к атмосферным воздействиям» для наружных элементов железнодорожного транспорта, таких как панели крыши и боковые юбки.
Вариант 2: Полииминное сшивание обеспечивает технологию «самовосстановления».
Технология самовосстановления стала популярной в лакокрасочных материалах, и в этом году исследования объединили ее с механическими характеристиками водорастворимого полиуретана (WPU), что позволило добиться 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 относительное удлинение при разрыве 512,25% (близко к гибкости резины).
Что особенно важно, материал полностью самовосстанавливается за 24 часа при температуре 30°C, достигая прочности на разрыв 3,26 МПа и удлинения на 450,94% после ремонта. Это делает его идеально подходящим для деталей, подверженных царапинам, таких как автомобильные бамперы и интерьеры вагонов железнодорожного транспорта, что значительно снижает затраты на техническое обслуживание.
«Наноразмерное интеллектуальное управление»: «Революция в области поверхностей» для противообрастающих покрытий.
Защита от граффити и легкость очистки — ключевые требования к высококачественным покрытиям. В этом году внимание привлекло покрытие, устойчивое к загрязнениям (NP-GLIDE), на основе «жидкоподобных наночастиц полидиметилсилоксана». Его основной принцип заключается в прививке боковых цепей полидиметилсилоксана (PDMS) к водорастворимой полиольной основе посредством сополимера полиол-g-PDMS, образуя «наночастицы» диаметром менее 30 нм.
Обогащение этих наночастиц полидиметилсилоксаном (PDMS) придает покрытию «жидкоподобную» поверхность — все тестовые жидкости с поверхностным натяжением выше 23 мН/м (например, кофе, масляные пятна) соскальзывают, не оставляя следов. Несмотря на твердость 3H (близкую к твердости обычного стекла), покрытие сохраняет превосходные противообрастающие свойства.
Кроме того, была предложена стратегия защиты от граффити, основанная на принципе «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 длительной низкой поверхностной энергии. В сочетании с ДМА (динамическим механическим анализом) для точного контроля плотности сшивки и РПС (рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией) для характеристики миграции на границе раздела фаз, эта технология готова к промышленному внедрению и, как ожидается, станет новым эталоном в области защиты от загрязнения автомобильных красок и корпусов изделий 3C.
Заключение
В 2025 году технология покрытий на основе водорастворимых полиуретанов переходит от «улучшения одного параметра» к «многофункциональной интеграции». Будь то оптимизация базовой формулы, прорывные химические модификации или инновации в функциональном дизайне, основная логика заключается в синергии «экологичности» и «высокой производительности». Для таких отраслей, как автомобильная промышленность и железнодорожный транспорт, эти технологические достижения не только продлевают срок службы покрытий и снижают затраты на техническое обслуживание, но и способствуют двойному улучшению в области «экологичного производства» и «высококачественного пользовательского опыта».
Дата публикации: 14 ноября 2025 г.