År 2025 accelererar beläggningsindustrin mot de dubbla målen "grön omvandling" och "prestandauppgradering". Inom avancerade beläggningsområden som fordonsindustrin och järnvägstrafiken har vattenburna beläggningar utvecklats från "alternativa alternativ" till "vanliga val" tack vare deras låga VOC-utsläpp, säkerhet och giftfrihet. För att möta kraven från tuffa tillämpningsscenarier (t.ex. hög luftfuktighet och stark korrosion) och användarnas högre krav på beläggningars hållbarhet och funktionalitet fortsätter dock tekniska genombrott inom vattenburna polyuretanbeläggningar (WPU) i snabb takt. År 2025 har branschinnovationer inom formeloptimering, kemisk modifiering och funktionell design gett ny vitalitet till denna sektor.
Fördjupa grundsystemet: Från "Ratio Tuning" till "Prestandabalans"
Som den "prestandaledaren" bland nuvarande vattenburna beläggningar står tvåkomponents vattenburen polyuretan (WB 2K-PUR) inför en central utmaning: att balansera blandningen och prestandan hos polyolsystem. I år genomförde forskargrupper en djupgående undersökning av de synergistiska effekterna av polyeterpolyol (PTMEG) och polyesterpolyol (P1012).
Traditionellt sett förbättrar polyesterpolyol beläggningens mekaniska hållfasthet och densitet på grund av täta intermolekylära vätebindningar, men överdriven tillsats minskar vattenbeständigheten på grund av estergruppernas starka hydrofilicitet. Experiment verifierade att när P1012 står för 40 % (g/g) av polyolsystemet uppnås en "gyllene balans": vätebindningar ökar den fysiska tvärbindningsdensiteten utan överdriven hydrofilicitet, vilket optimerar beläggningens övergripande prestanda – inklusive saltsprutbeständighet, vattenbeständighet och draghållfasthet. Denna slutsats ger tydlig vägledning för WB 2K-PURs grundläggande formeldesign, särskilt för scenarier som bilchassier och metalldelar i järnvägsfordon som kräver både mekanisk prestanda och korrosionsbeständighet.
"Kombinera styvhet och flexibilitet": Kemisk modifiering öppnar upp nya funktionella gränser
Medan grundläggande optimering av blandningsförhållandet är en "finjustering", representerar kemisk modifiering ett "kvalitativt språng" för vattenburen polyuretan. Två modifieringsvägar utmärkte sig i år:
Väg 1: Synergistisk förbättring med polysiloxan och terpenderivat
Kombinationen av polysiloxan med låg ytenergi (PMMS) och hydrofoba terpenderivat ger WPU dubbla egenskaper: "superhydrofobicitet + hög styvhet". Forskare framställde hydroxylterminerad polysiloxan (PMMS) med hjälp av 3-merkaptopropylmetyldimetoxisilan och oktametylcyklotetrasiloxan, och ympade sedan isobornylakrylat (ett derivat av biomassa-deriverad kamfen) på PMMS-sidokedjor via UV-initierad tiol-en-klickreaktion för att bilda terpenbaserad polysiloxan (PMMS-I).
Den modifierade WPU-konstruktionen visade anmärkningsvärda förbättringar: den statiska vattenkontaktvinkeln hoppade från 70,7° till 101,2° (närmar sig lotusbladsliknande superhydrofobicitet), vattenabsorptionen minskade från 16,0 % till 6,9 % och draghållfastheten ökade från 4,70 MPa till 8,82 MPa på grund av den styva terpenringstrukturen. Termogravimetrisk analys avslöjade också förbättrad termisk stabilitet. Denna teknik erbjuder en integrerad "antifouling + väderbeständig" lösning för järnvägstransporters exteriöra delar, såsom takpaneler och sidokjolar.
Väg 2: Polyimintvärbindning möjliggör "självläkande" teknik
Självläkande teknik har blivit populär inom beläggningar, och årets forskning kombinerade den med WPU:s mekaniska prestanda för att uppnå dubbla genombrott inom "hög prestanda + självläkande förmåga". Tvärbunden WPU framställd med polybutylenglykol (PTMG), isoforondiisocyanat (IPDI) och polyimin (PEI) som tvärbindare uppvisade imponerande mekaniska egenskaper: draghållfasthet på 17,12 MPa och brottöjning på 512,25 % (nära gummits flexibilitet).
Avgörande är att den uppnår fullständig självläkning på 24 timmar vid 30 °C – med en draghållfasthet på 3,26 MPa och en töjning på 450,94 % efter reparation. Detta gör den mycket lämplig för repbenägna delar som bilstötfångare och järnvägsinteriörer, vilket avsevärt minskar underhållskostnaderna.
"Nanoskalig intelligent styrning": En "ytrevolution" för bottenskyddande beläggningar
Klotterskydd och enkel rengöring är viktiga krav för avancerade beläggningar. I år uppmärksammades en nedsmutsningsbeständig beläggning (NP-GLIDE) baserad på "vätskeliknande PDMS-nanopooler". Dess kärnprincip innebär att polydimetylsiloxan (PDMS) sidokedjor ympas på en vattendispergerbar polyolskelett via ympsampolymeren polyol-g-PDMS, vilket bildar "nanopooler" mindre än 30 nm i diameter.
PDMS-anrikning i dessa nanopooler ger beläggningen en "vätskeliknande" yta – alla testvätskor med ytspänning över 23 mN/m² (t.ex. kaffe, oljefläckar) glider av utan att lämna märken. Trots en hårdhet på 3H (nära vanligt glas) bibehåller beläggningen utmärkta antifouling-egenskaper.
Dessutom föreslogs en strategi mot graffiti med "fysisk barriär + mild rengöring": att införa IPDI-trimer i HDT-baserat polyisocyanat för att förbättra filmdensiteten och förhindra graffitipenetration, samtidigt som migrationen av silikon/fluorsegment kontrolleras för att säkerställa långvarigt låg ytenergi. I kombination med DMA (Dynamic Mechanical Analysis) för exakt kontroll av tvärbindningsdensiteten och XPS (Röntgenfotoelektronspektroskopi) för karakterisering av gränssnittsmigration är denna teknik redo för industrialisering och förväntas bli en ny riktmärke för antifouling i billack och 3C-produkthöljen.
Slutsats
År 2025 går WPU-beläggningstekniken från "förbättring av enskilda prestanda" till "multifunktionell integration". Oavsett om det gäller grundläggande formeloptimering, genombrott inom kemisk modifiering eller funktionella designinnovationer, kretsar kärnlogiken kring att synergisera "miljövänlighet" och "hög prestanda". För industrier som fordonsindustrin och järnvägstransporter förlänger dessa tekniska framsteg inte bara beläggningarnas livslängd och minskar underhållskostnaderna, utan driver också dubbla uppgraderingar inom "grön tillverkning" och "avancerad användarupplevelse".
Publiceringstid: 14 november 2025