Năm 2025, ngành công nghiệp sơn phủ đang tăng tốc hướng tới mục tiêu kép là “chuyển đổi xanh” và “nâng cao hiệu suất”. Trong các lĩnh vực sơn phủ cao cấp như ô tô và đường sắt, sơn phủ gốc nước đã phát triển từ “lựa chọn thay thế” thành “lựa chọn phổ biến” nhờ lượng khí thải VOC thấp, tính an toàn và không độc hại. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ứng dụng khắc nghiệt (ví dụ: độ ẩm cao và ăn mòn mạnh) và yêu cầu ngày càng cao của người dùng về độ bền và tính năng của lớp phủ, những đột phá công nghệ trong sơn phủ polyurethane gốc nước (WPU) vẫn tiếp tục diễn ra mạnh mẽ. Năm 2025, những đổi mới trong ngành về tối ưu hóa công thức, biến tính hóa học và thiết kế chức năng đã thổi luồng sinh khí mới vào lĩnh vực này.
Đào sâu hệ thống cơ bản: Từ “Điều chỉnh tỷ lệ” đến “Cân bằng hiệu suất”
Là “người dẫn đầu về hiệu suất” trong số các loại sơn gốc nước hiện nay, polyurethane gốc nước hai thành phần (WB 2K-PUR) đang đối mặt với một thách thức cốt lõi: cân bằng tỷ lệ và hiệu suất của các hệ thống polyol. Năm nay, các nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về hiệu ứng hiệp đồng của polyether polyol (PTMEG) và polyester polyol (P1012).
Theo truyền thống, polyol polyester tăng cường độ bền cơ học và mật độ lớp phủ nhờ các liên kết hydro liên phân tử dày đặc, nhưng việc bổ sung quá mức sẽ làm giảm khả năng chống nước do tính ưa nước mạnh của các nhóm este. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng khi P1012 chiếm 40% (g/g) hệ thống polyol, một "sự cân bằng vàng" sẽ đạt được: các liên kết hydro làm tăng mật độ liên kết ngang vật lý mà không gây ra tính ưa nước quá mức, tối ưu hóa hiệu suất toàn diện của lớp phủ—bao gồm khả năng chống phun muối, khả năng chống nước và độ bền kéo. Kết luận này cung cấp hướng dẫn rõ ràng cho việc thiết kế công thức cơ bản của WB 2K-PUR, đặc biệt là đối với các trường hợp như khung gầm ô tô và các bộ phận kim loại của phương tiện đường sắt đòi hỏi cả hiệu suất cơ học và khả năng chống ăn mòn.
“Kết hợp độ cứng và độ linh hoạt”: Biến đổi hóa học mở ra ranh giới chức năng mới
Trong khi việc tối ưu hóa tỷ lệ cơ bản là một “điều chỉnh tinh tế”, thì việc biến đổi hóa học lại là một “bước nhảy vọt về chất lượng” đối với polyurethane gốc nước. Hai hướng biến đổi nổi bật trong năm nay:
Đường dẫn 1: Tăng cường hiệu quả hiệp đồng với các dẫn xuất Polysiloxane và Terpene
Sự kết hợp giữa polysiloxane năng lượng bề mặt thấp (PMMS) và các dẫn xuất terpene kỵ nước mang lại cho WPU tính chất kép là "siêu kỵ nước + độ cứng cao". Các nhà nghiên cứu đã điều chế polysiloxane (PMMS) đầu hydroxyl bằng cách sử dụng 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane và octamethylcyclotetrasiloxane, sau đó ghép isobornyl acrylate (một dẫn xuất của camphene có nguồn gốc từ sinh khối) vào chuỗi bên PMMS thông qua phản ứng click thiol-ene khởi đầu bằng tia UV để tạo thành polysiloxane gốc terpene (PMMS-I).
WPU cải tiến cho thấy những cải tiến đáng kể: góc tiếp xúc nước tĩnh tăng vọt từ 70,7° lên 101,2° (gần đạt đến độ siêu kỵ nước như lá sen), độ hấp thụ nước giảm từ 16,0% xuống 6,9%, và độ bền kéo tăng vọt từ 4,70MPa lên 8,82MPa nhờ cấu trúc vòng terpene cứng. Phân tích nhiệt trọng lượng cũng cho thấy độ ổn định nhiệt được cải thiện. Công nghệ này cung cấp giải pháp tích hợp "chống bám bẩn + chịu được thời tiết" cho các bộ phận ngoại thất đường sắt như tấm lợp mái và ốp sườn.
Đường dẫn 2: Liên kết chéo polyimine cho phép công nghệ “tự phục hồi”
Tự phục hồi đã nổi lên như một công nghệ phổ biến trong lớp phủ và nghiên cứu năm nay đã kết hợp công nghệ này với hiệu suất cơ học của WPU để đạt được bước đột phá kép về "hiệu suất cao + khả năng tự phục hồi". WPU liên kết ngang được chế tạo bằng polybutylene glycol (PTMG), isophorone diisocyanate (IPDI) và polyimine (PEI) làm chất liên kết ngang đã thể hiện các tính chất cơ học ấn tượng: độ bền kéo là 17,12MPa và độ giãn dài khi đứt là 512,25% (gần bằng độ mềm dẻo của cao su).
Quan trọng hơn, sản phẩm đạt khả năng tự phục hồi hoàn toàn trong vòng 24 giờ ở 30°C—phục hồi độ bền kéo lên 3,26MPa và độ giãn dài 450,94% sau khi sửa chữa. Điều này làm cho sản phẩm rất phù hợp cho các bộ phận dễ bị trầy xước như cản xe ô tô và nội thất tàu hỏa, giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì.
“Điều khiển thông minh ở cấp độ nano”: Một “cuộc cách mạng bề mặt” cho lớp phủ chống bám bẩn
Chống bám bẩn và dễ vệ sinh là những yêu cầu chủ chốt đối với lớp phủ cao cấp. Năm nay, một lớp phủ chống bám bẩn (NP-GLIDE) dựa trên “các hạt nano PDMS dạng lỏng” đã thu hút sự chú ý. Nguyên lý cốt lõi của nó là ghép các chuỗi bên polydimethylsiloxane (PDMS) lên một khung polyol phân tán trong nước thông qua copolymer ghép polyol-g-PDMS, tạo thành các “hạt nano” có đường kính nhỏ hơn 30nm.
Việc làm giàu PDMS trong các nanopool này mang lại cho lớp phủ một bề mặt "giống chất lỏng"—tất cả các chất lỏng thử nghiệm có sức căng bề mặt trên 23mN/m (ví dụ: cà phê, vết dầu) đều trượt ra mà không để lại dấu vết. Mặc dù có độ cứng 3H (gần bằng kính thông thường), lớp phủ vẫn duy trì hiệu suất chống bám bẩn tuyệt vời.
Ngoài ra, một chiến lược chống graffiti “rào cản vật lý + làm sạch nhẹ” đã được đề xuất: đưa trimer IPDI vào polyisocyanate nền HDT để tăng cường mật độ màng và ngăn ngừa sự xâm nhập của graffiti, đồng thời kiểm soát sự di chuyển của các phân đoạn silicon/flo để đảm bảo năng lượng bề mặt thấp lâu dài. Kết hợp với DMA (Phân tích Cơ học Động) để kiểm soát mật độ liên kết chéo chính xác và XPS (Phổ quang điện tử tia X) để xác định đặc tính di chuyển giao diện, công nghệ này đã sẵn sàng cho công nghiệp hóa và dự kiến sẽ trở thành chuẩn mực mới cho chống bám bẩn trong sơn ô tô và vỏ sản phẩm 3C.
Phần kết luận
Vào năm 2025, công nghệ phủ WPU đang chuyển dịch từ “cải tiến hiệu suất đơn lẻ” sang “tích hợp đa chức năng”. Dù thông qua việc tối ưu hóa công thức cơ bản, đột phá về biến đổi hóa học hay đổi mới thiết kế chức năng, logic cốt lõi vẫn xoay quanh việc kết hợp “thân thiện với môi trường” và “hiệu suất cao”. Đối với các ngành công nghiệp như ô tô và vận tải đường sắt, những tiến bộ công nghệ này không chỉ kéo dài tuổi thọ lớp phủ và giảm chi phí bảo trì mà còn thúc đẩy nâng cấp kép về “sản xuất xanh” và “trải nghiệm người dùng cao cấp”.
Thời gian đăng: 14-11-2025