Năm 2025, ngành công nghiệp sơn phủ đang tăng tốc hướng tới hai 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 chủ đạo” nhờ lượng khí thải VOC thấp, an toàn và không độc hại. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu của các điều kiện ứng dụng khắc nghiệt (ví dụ: độ ẩm cao và ăn mòn mạnh) và yêu cầu cao hơn của người dùng về độ bền và chức năng của sơn phủ, những đột phá công nghệ trong sơn phủ polyurethane gốc nước (WPU) vẫn tiếp tục được đẩy mạnh. Năm 2025, những đổi mới trong ngành về tối ưu hóa công thức, biến đổi hóa học và thiết kế chức năng đã mang lại sức sống mới cho lĩnh vực này.
Làm sâu sắc thêm hệ thống cơ bản: Từ "Điều chỉnh tỷ lệ" đến "Cân bằng hiệu suất"
Là "chất 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 polyol. Năm nay, các nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về tác động hiệp đồng của polyol polyether (PTMEG) và polyol polyester (P1012).
Theo truyền thống, polyol polyester giúp tăng cường độ bền cơ học và mật độ của lớp phủ nhờ các liên kết hydro giữa các phân tử dày đặc, nhưng việc thêm quá nhiều 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) trong hệ thống polyol, sẽ đạt được “sự cân bằng tối ưu”: 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 ăn mặn, chống nước và độ bền kéo. Kết luận này cung cấp hướng dẫn rõ ràng cho việc thiết kế công thức cơ bản WB 2K-PUR, đặc biệt là trong 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 tính cứng nhắc và tính linh hoạt”: Biến đổi hóa học mở ra những giới hạn chức năng mới
Trong khi việc tối ưu hóa tỷ lệ cơ bản chỉ là "điều chỉnh nhỏ", thì việc biến đổi hóa học lại представля một "bước nhảy vọt về chất lượng" đối với polyurethane gốc nước. Hai hướng biến đổi nổi bật trong năm nay là:
Phương án 1: Tăng cường hiệu quả hiệp đồng với các dẫn xuất polysiloxan và tecpen
Sự kết hợp giữa polysiloxane (PMMS) có năng lượng bề mặt thấp và các dẫn xuất terpene kỵ nước mang lại cho WPU đặc tính kép “siêu kỵ nước + độ cứng cao”. Các nhà nghiên cứu đã điều chế polysiloxane (PMMS) có nhóm hydroxyl ở đầu mạch 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 của PMMS thông qua phản ứng click thiol-ene được khởi phát bằng tia UV để tạo thành polysiloxane gốc terpene (PMMS-I).
Vật liệu WPU được cải tiến cho thấy những cải thiện đáng kể: góc tiếp xúc tĩnh của nước tăng từ 70,7° lên 101,2° (gần đạt đến khả năng siêu kỵ nước như lá sen), độ hấp thụ nước giảm từ 16,0% xuống 6,9%, và độ bền kéo tăng từ 4,70MPa lên 8,82MPa nhờ cấu trúc vòng terpene cứng chắc. Phân tích nhiệt trọng lượng cũng cho thấy độ ổn định nhiệt được cải thiện. Công nghệ này cung cấp một giải pháp tích hợp “chống bám bẩn + chống chịu thời tiết” cho các bộ phận ngoại thất của phương tiện giao thông đường sắt như tấm mái và tấm chắn bên hông.
Phương án 2: Liên kết ngang polyimine cho phép công nghệ “tự phục hồi”
Khả năng tự phục hồi đã trở thành một công nghệ phổ biến trong lĩnh vực sơn phủ, và nghiên cứu năm nay đã kết hợp khả năng này với hiệu suất cơ học của WPU để đạt được những đột phá kép về “hiệu suất cao + khả năng tự phục hồi”. WPU liên kết chéo được điều chế bằng polybutylene glycol (PTMG), isophorone diisocyanate (IPDI) và polyimine (PEI) làm chất liên kết chéo đã thể hiện các đặc tính cơ học ấn tượng: độ bền kéo đạt 17,12 MPa và độ giãn dài khi đứt đạt 512,25% (gần bằng độ dẻo của cao su).
Điều quan trọng là, nó đạt được khả năng tự phục hồi hoàn toàn trong vòng 24 giờ ở nhiệt độ 30°C—phục hồi độ bền kéo lên 3,26MPa và độ giãn dài 450,94% sau khi sửa chữa. Điều này làm cho nó rất phù hợp với các bộ phận dễ bị trầy xước như cản xe ô tô và nội thất phương tiện giao thông đường sắt, giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì.
“Kiểm soát thông minh ở cấp độ nano”: Một “cuộc cách mạng bề mặt” cho lớp phủ chống bám bẩn
Khả năng chống bám bẩn và dễ lau chùi là những yêu cầu quan trọng đối với các lớp phủ cao cấp. Năm nay, một lớp phủ chống bám bẩn (NP-GLIDE) dựa trên “các nanopool PDMS dạng lỏng” đã thu hút sự chú ý. Nguyên tắc cốt lõi của nó là ghép các chuỗi nhánh polydimethylsiloxane (PDMS) lên khung xương polyol phân tán trong nước thông qua chất đồng trùng hợp ghép polyol-g-PDMS, tạo thành các “nanopool” có đường kính nhỏ hơn 30nm.
Việc bổ sung PDMS vào các hốc nano này tạo cho lớp phủ một bề mặt "giống như chất lỏng" - tất cả các chất lỏng thử nghiệm có sức căng bề mặt trên 23 mN/m (ví dụ: cà phê, vết dầu mỡ) đều trượt đi mà không để lại dấu vết. Mặc dù có độ cứng 3H (gần với thủy tinh 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 gốc HDT để tăng mật độ màng và ngăn chặn sự xâm nhập của graffiti, đồng thời kiểm soát sự di chuyển của các 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 chính xác mật độ liên kết ngang và XPS (Quang phổ điện tử tia X) để đặc trưng hóa sự di chuyển giao diện, công nghệ này đã sẵn sàng cho công nghiệp hóa và được kỳ vọng sẽ trở thành một tiêu chuẩn mới cho việc chống bám bẩn trong sơn ô tô và vỏ sản phẩm 3C.
Phần kết luận
Năm 2025, công nghệ phủ WPU đang chuyển từ “cải thiện hiệu suất đơn lẻ” sang “tích hợp đa chức năng”. Cho dù thông qua tối ưu hóa công thức cơ bản, những đột phá trong sửa đổi hóa học hay những đổi mới trong thiết kế chức năng, logic cốt lõi đều 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 bài: 14/11/2025