У 2025 році галузь покриттів прискорено рухається до досягнення подвійних цілей: «зеленої трансформації» та «підвищення продуктивності». У високоякісних галузях покриттів, таких як автомобільний та залізничний транспорт, водорозчинні покриття перетворилися з «альтернативних варіантів» на «основні» завдяки низьким викидам летких органічних сполук, безпеці та нетоксичності. Однак, щоб задовольнити вимоги суворих умов застосування (наприклад, висока вологість та сильна корозія) та вищі вимоги користувачів до довговічності та функціональності покриттів, технологічні прориви у водорозчинних поліуретанових (WPU) покриттях продовжуються швидкими темпами. У 2025 році галузеві інновації в оптимізації формул, хімічній модифікації та функціональному дизайні вдихнули нову життєву силу в цей сектор.
Поглиблення базової системи: від «налаштування співвідношення» до «балансу продуктивності»
Двокомпонентний водорозчинний поліуретан (WB 2K-PUR), як «лідер продуктивності» серед сучасних водорозчинних покриттів, стикається з ключовим завданням: збалансуванням співвідношення та продуктивності поліольних систем. Цього року дослідницькі групи провели поглиблене дослідження синергетичних ефектів поліефірполіолу (PTMEG) та поліефірполіолу (P1012).
Традиційно, поліефірполіол підвищує механічну міцність і щільність покриття завдяки щільним міжмолекулярним водневим зв'язкам, але надмірне додавання знижує водостійкість через сильну гідрофільність ефірних груп. Експерименти підтвердили, що коли P1012 становить 40% (г/г) поліольної системи, досягається «золотий баланс»: водневі зв'язки збільшують фізичну щільність зшивання без надмірної гідрофільності, оптимізуючи комплексні характеристики покриття, включаючи стійкість до сольового туману, водостійкість та міцність на розтяг. Цей висновок дає чіткі рекомендації щодо розробки базової формули WB 2K-PUR, особливо для таких сценаріїв, як автомобільні шасі та металеві деталі залізничних транспортних засобів, які вимагають як механічних характеристик, так і корозійної стійкості.
«Поєднання жорсткості та гнучкості»: хімічна модифікація відкриває нові функціональні межі
Хоча базова оптимізація співвідношення є «тонким налаштуванням», хімічна модифікація являє собою «якісний стрибок» для водорозчинного поліуретану. Цього року виділялися два шляхи модифікації:
Шлях 1: Синергетичне посилення за допомогою полісилоксану та терпенових похідних
Поєднання полісилоксану з низькою поверхневою енергією (PMMS) та гідрофобних похідних терпенів наділяє WPU подвійними властивостями «супергідрофобність + висока жорсткість». Дослідники приготували гідроксильно-термінальний полісилоксан (PMMS) з використанням 3-меркаптопропілметилдиметоксисилану та октаметилциклотетрасилоксану, потім прищепили ізоборнілакрилат (похідне камфену, отриманого з біомаси) до бічних ланцюгів PMMS за допомогою УФ-ініційованої тіол-енової клік-реакції для утворення полісилоксану на основі терпенів (PMMS-I).
Модифікований WPU продемонстрував значні покращення: статичний кут контакту з водою збільшився з 70,7° до 101,2° (наближаючись до супергідрофобності, подібної до листя лотоса), водопоглинання знизилося з 16,0% до 6,9%, а міцність на розрив зросла з 4,70 МПа до 8,82 МПа завдяки жорсткій терпеновій кільцевій структурі. Термогравіметричний аналіз також виявив підвищену термічну стабільність. Ця технологія пропонує інтегроване рішення «захист від обростання та атмосферних впливів» для зовнішніх деталей залізничного транспорту, таких як панелі даху та бічні екрани.
Шлях 2: Зшивання поліімінів забезпечує технологію «самовідновлення»
Самовідновлення стало популярною технологією в покриттях, і цьогорічне дослідження поєднало її з механічними властивостями WPU для досягнення подвійного прориву в «високих експлуатаційних характеристиках + здатності до самовідновлення». Зшитий WPU, виготовлений з полібутиленгліколю (PTMG), ізофорондіізоціанату (IPDI) та полііміну (PEI) як зшиваючого агента, продемонстрував вражаючі механічні властивості: міцність на розрив 17,12 МПа та подовження при розриві 512,25% (близько до гнучкості гуми).
Найважливіше те, що він досягає повного самовідновлення протягом 24 годин при температурі 30°C — відновлюючись до міцності на розрив 3,26 МПа та подовження 450,94% після ремонту. Це робить його дуже придатним для деталей, схильних до подряпин, таких як автомобільні бампери та інтер'єри залізничного транспорту, що значно знижує витрати на обслуговування.
«Нанорозмірне інтелектуальне керування»: «Революція поверхонь» для протиобростаючих покриттів
Захист від графіті та легке очищення є ключовими вимогами до високоякісних покриттів. Цього року увагу привернуло покриття, стійке до забруднення (NP-GLIDE), на основі «рідиноподібних нанопулів PDMS». Його основний принцип полягає в щепленні бічних ланцюгів полідиметилсилоксану (PDMS) на вододисперсний поліольний каркас через прищеплений сополімер поліол-g-PDMS, утворюючи «нанопули» діаметром менше 30 нм.
Збагачення PDMS у цих нанопулах надає покриттю «рідиноподібної» поверхні — усі тестові рідини з поверхневим натягом понад 23 мН/м (наприклад, кава, масляні плями) ковзають, не залишаючи слідів. Незважаючи на твердість 3H (близьку до звичайного скла), покриття зберігає чудові протиобростаючі властивості.
Крім того, було запропоновано стратегію боротьби з графіті «фізичний бар'єр + м'яке очищення»: введення тримера IPDI в поліізоціанат на основі HDT для підвищення щільності плівки та запобігання проникненню графіті, одночасно контролюючи міграцію силіконових/фторних сегментів для забезпечення тривалої низької поверхневої енергії. У поєднанні з DMA (динамічним механічним аналізом) для точного контролю щільності зшивання та XPS (рентгенівською фотоелектронною спектроскопією) для характеристики міграції на межі розділу, ця технологія готова до промислового впровадження та, як очікується, стане новим еталоном для захисту від обростання автомобільних фарб та корпусів трикомпонентних продуктів.
Висновок
У 2025 році технологія покриттів WPU переходить від «покращення одного показника продуктивності» до «багатофункціональної інтеграції». Чи то шляхом оптимізації базової формули, проривів у хімічній модифікації, чи інновацій у функціональному дизайні, основна логіка обертається навколо синергії «екологічної чистоти» та «високої продуктивності». Для таких галузей, як автомобільна та залізнична промисловість, ці технологічні досягнення не лише подовжують термін служби покриття та знижують витрати на обслуговування, але й призводять до подвійного оновлення у «зеленому виробництві» та «високоякісному користувацькому досвіді».
Час публікації: 14 листопада 2025 р.