绿色居室：水性木器漆用聚氨酯丙烯酸酯的专利研究

摘要：水性木器漆几类树脂的优缺点综述，聚氨酯-丙烯酸树脂专利分析。

内容提要：

1.水性木器漆根据树脂类型的分类和优缺点对比。

2.聚氨酯-丙烯酸树脂简述。

3.聚氨酯-丙烯酸树脂的专利研究。

涂料或者漆这字眼对大家不陌生，那么什么样的木器漆才是好漆？一般而言，大家觉得没味的漆就是好漆，这是指漆的环保性，也是木器漆最重要的性能之一。除此之外，好的木器漆还得具有以下的性能：常规性能如足够的硬度，耐磨性，光泽度，附着力，耐候性等；家具工厂还得考察干燥速度；在气温低的时候的成膜性；在南方雨水丰沛地区，耐水性也必须考虑；其他还包括丰满度，耐溶剂性等等。为了满足人们对环保和生活质量的要求，木器漆行业内掀起了一股“油改水”的“风暴”，水性木器漆成为了行业热点，促使家具涂装和家装涂装（如木门、橱柜、地板等）上升到一个新台阶！

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水性木器漆的分类

目前市场上水性木器漆按乳液的种类，分为以下几大类型，各自的优缺点如下表。

表1   水性木器漆的类别

数据来源：方象知产研究院整理

从上表可以看出，以上几种水性木器漆都存在不同优缺点。乳液作为漆的基料，在漆中扮演着至关重要的角色。因此，科研人员尝试着把水性丙烯酸酯分散体和水性聚氨酯分散体复合，通过两者优势互补，研究出新一代水性聚氨酯-丙烯酸树脂木器漆，简称PUA木器漆。它兼备了二者的优点，能形成耐磨、耐腐蚀、光亮、柔软有弹性的漆膜，且漆膜有耐水性强、力学性能强和耐候性佳等特性，因此被誉为“第三代水性聚氨酯”。

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聚氨酯丙烯酸酯树脂简介

目前，制备聚氨酯丙烯酸酯的方法主要分为两大类：物理共混（physical blending）和化学改性(chemical modification)。物理共混指的是将聚氨酯分散体和聚丙烯酸酯分散体通过物理搅拌等方法混合而得到聚氨酯丙烯酸酯复合分散体，此类产品相容性差，性能不理想；化学改性指的是将聚氨酯分散体和聚丙烯酸酯分散体通过乳液共聚(emulsion polymerization)法（如种子乳液聚合法、PUA 乳液共聚法、原位乳液聚合法等）和互穿网络聚合(interpenetrating network polymerization)法得到的聚氨酯丙烯酸酯复合树脂，此方法得到的产品稳定，性能优异，得到了业界广泛的关注。

在分子结构上，PUA树脂一般都含有以下三种链段：氨基甲酸酯嵌段，多元醇形成的主链和丙烯酸酯形成的链端，其中对PUA性能影响最大的是主链的组成和结构，位于链端的丙烯酸酯决定其固化特性，再加上氨基甲酸酯的存在赋予整个PUA树脂优异的综合性能。

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聚氨酯-丙烯酸树脂（PUA）的分类

根据异氰酸酯类型，分为脂肪族型聚氨酯丙烯酸树脂，芳香族型聚氨酯丙烯酸树脂和脂环族聚氨酯丙烯酸树脂；

根据多元醇类型，分为聚醚型聚氨酯丙烯酸树脂和聚酯型聚氨酯丙烯酸树脂；

根据聚氨酯链段的亲水基团类型，分为阴离子型PUA, 阳离子型PUA和非离子型PUA。

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聚氨酯-丙烯酸树脂（PUA）的

全球专利研究状况

（一）下图为聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的全球专利分布图。

图1   聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的全球专利分布图

数据来源：方象知产研究院整理

从上图得知，中国，美国，欧洲，日本和韩国处于聚氨酯-丙酸酯树脂及木器漆专利申请的前列，说明有关聚氨酯-丙酸酯树脂及木器漆的研究技术主要集中在这些国家。

（二）下图为国外聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆专利申请趋势图。

图2   国外聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆专利申请趋势图

数据来源：方象知产研究院整理

从上图得知， 国外有关聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的研究分为四个阶段：

1.技术萌芽（1991年及之前）：这一期间，涂料的树脂一般都采用硝基纤维素，醇酸树脂，环氧树脂，聚氨酯树脂，丙烯酸树脂等为主，这些树脂被人们认识到存在各种各样的缺陷，正是这些缺陷使人们有了探索的动力，探索出将两种树脂结合起来，制备更优性能的树脂，从而优化涂料的成膜性能；

2.技术发展期（1991年-2005年）：专利申请量呈现增长态势，越来越多的研究者认识到聚氨酯-丙烯酸树脂的优势所在，替代其他几种树脂，成为木器漆新一代树脂；

3.技术高速发展期（2006年前后）:2006年前后，随着”Reach”法规的颁布和实施，国外PUA树脂及木器漆的专利申请陡然大增，聚氨酯-丙烯酸树脂作为木器漆的基料，因其综合性能优异，大受欢迎；

4. 技术成熟期(2007年以后)：由于聚氨酯-丙烯酸树脂的改性和UV固化等技术的推出，聚氨酯-丙烯酸树脂及木器漆已经成为了市场的主流，占领着绝对的优势。

（三）下图为国内聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆专利申请趋势图。

图3   国内聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆专利申请趋势图

数据来源：方象知产研究院整理

从上图可以看出，国内的聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的研究明显滞后，国内关于水性木器漆一直不温不火，直到2013年申请量才开始出现大幅增长，这主要是得益于国内环保意识加强，相关的环保法规陆续出台，推动了家装涂料向水性化发展。

（四）下图为全球前十名标准申请人的申请数量图。

图4   全球前十名标准申请人的申请数量图

数据来源：方象知产研究院整理

从上图看出，拜尔，ppg，巴斯福三大化工巨头占据有关聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的专利申请量前三甲，拜尔，ppg，巴斯福这三个公司在涂料树脂的研究上可谓是全球主力，国内长润发涂料的申请量也不少，主要是集中在水性聚氨酯-丙烯酸树脂木器漆的配制上。从此图可以看出，目前掌控木器漆的核心技术仍然在国外，国内的水性木器漆要想摆脱国外的依赖，寻求技术的突破，尚需时日，当前亟需解决的还是树脂对进口的依赖。

（五）聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的技术功效图

图5   聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆的技术功效图

数据来源：方象知产研究院整理

由上图可得知，我们可以得出几个结论：

1.为了保护环境和人们的健康，环保性成为聚氨酯-丙烯酸树脂及其木器漆研究的首要课题；

2.在异氰酸酯单体的选择上，脂肪族和芳香族研究较多，相对性能较好；

3.除了环保性，附着力，硬度，耐磨性为涂料的重要性能指标，研究主要通过PUA交联官能度，自由基聚合，树脂改性，调节NCO/OH比例，和光固化涂膜干燥工艺这几条途径进一步来优化产品性能。

木器漆通过树脂的制备和涂料的配制双管齐下，在性能上取得了很大的进步，可与传统溶剂型木器漆的性能相媲美。但国内的研究主要集中在涂料的配制，树脂的制备技术环节相对比较薄弱，需要行业人员继续努力攻关树脂的合成，才能成为一个涂料强国。另外，施工工艺上，除了以前的喷涂和辊涂，光固化工艺加速了涂膜的干燥和增加了涂膜的交联度。

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