东北林业大学:具有优异疏水性、透明度和耐化学性的双生物基阳离子水性聚氨酯环保木器涂层
2026-09-10 15:06:02 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 木材因其天然纹理、美观性、可再生和低碳可持续性等优点,在家具制造和建筑装饰领域得到了广泛应用。然而,木材的多孔结构和亲水性使其容易吸湿,进而出现膨胀、开裂和霉变等问题。在实际应用过程中,木材还容易受到酸/碱性环境和紫外线照射等外界条件的影响,这会大大降低其机械性能和耐久性。因此,开发耐用的木材表面保护涂层对于延长其使用寿命至关重要。聚氨酯(PU)因其优异的耐磨性、柔韧性和良好的附着力,已被广泛应用于涂料、胶粘剂和弹性体等领域。近年来,随着环保政策的日益严格和可持续发展的关注度增加,水性聚氨酯(WPU)因其更高的安全性和更低的环境影响,逐步取代了传统的溶剂型聚氨酯。但是WPU体系在防水性、耐腐蚀性和机械性能方面仍有局限,这限制了其在恶劣环境或木质基材上的应用。阳离子型WPU将正电荷引入聚氨酯网络中,通过强烈的静电相互作用增强了涂层附着力,从而显著提高了涂层性能。

传统WPU的主要原料(如聚异氰酸酯和多元醇)主要依赖于不可再生的石油资源。这些原料不仅价格波动大、供应有限,而且对环境造成沉重负担。在全球绿色低碳发展的背景下,可再生原料在聚合物科学领域受到越来越多的关注,这些材料具有来源广泛、环境友好和结构可调的优势。近年来,植物油基多元醇备受关注,主要因为它们来源丰富和分子结构可调。例如,蓖麻油、桐油和大豆油均可通过化学改性引入羟基官能团,作为聚氨酯合成中的重要生物基软段,同时还能引入柔性长脂肪链,有助于调节涂层的机械性能和成膜特性。

蓖麻油(CO)天然含有三个活性羟基,这些羟基参与聚氨酯的形成,构建出致密的三维交联结构,从而改善所得材料的机械性能和热稳定性。然而,仅基于CO的体系会限制涂层的疏水性能腰果壳液(CNSL)是一种廉价且易于获取的植物油副产品,通过化学改性可制备生物基WPU。该策略有助于高效利用废弃物,并推动环保、可持续材料的发展。CNSL分子含有刚性芳香环,可增强网络的刚性,同时还具有长度高达15个碳原子的不饱和疏水脂肪侧链(C15),能有效阻止水和腐蚀性介质的渗透。此外,CNSL中的长脂肪链和C-C双键可作为化学改性的活性位点,从而制备功能化多元醇。

近期,东北林业大学徐淑艳团队采用双生物基分子设计策略,成功制备了一种具有优异透明度、防腐性能和拒水性能的木器涂层

 

将含有刚性芳香结构和疏水长链烷基的腰果壳液(CNSL)衍生多元醇,引入到由蓖麻油(CO)制成的阳离子聚氨酯分散液中,制备出WPU-CN涂层。

当CNSL基多元醇含量为30wt%时,所制得涂层的拉伸强度为13.1MPa,水接触角提高至90.2°,涂层表面从亲水性转变为疏水性。该涂层的铅笔硬度为3H,附着力等级为1级,表现出优异的机械强度界面粘附性能。该涂层还具有优异的紫外线屏蔽性能耐酸碱性能,并且可见光透射率保持在95%以上。

本研究提出了一种高效且简便的方法,利用生物质资源设计多功能绿色保护涂层,为其在涂料和防护领域的应用提供了新的设计思路。



制备工艺示意图













WPU-CN分散体制备路线示意图。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Dual bio-based cationic waterborne polyurethane eco-friendly wood coating with enhanced hydrophobicity, transparency, and chemical resistance”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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