水性丙烯酸酯涂料改性研究进展

来源:用户上传      作者:余吕宏

　　摘 要：综述了近年来水性丙烯酸酯涂料的改性方法和应用领域。根据不同的改性特点，可以克服水性丙烯酸酯的不足，制备出具有优异特性的复合型涂料树脂。重点介绍了常见共聚或共混改性技术，同时结合新型的石墨烯和纳米改性技术，展望未来水性丙烯酸酯涂料沿着环保，多功能化的发展趋势。
　　关键词：水性涂料;丙烯酸酯;纳米改性
　　 随着社会经济的发展，水性涂料的发展日益受到人们的重视，因此水性涂料也替代了部分溶剂型涂料，成为不同领域的关注重心。而在种类繁多的涂层材料，如有机化合物涂料，无机化合物涂料，有机/无机复合涂料等，丙烯酸酯涂料发展尤为快速。丙烯酸酯涂料不仅可以提高材料的表观硬度，而且具有优异的光泽性和保色性，广泛应用于家电、日用品以及交通运输等领域。
　　本文主要是整合了7种水性丙烯酸酯涂料的改性方法和应用，如环氧树脂改性、有机氟改性、有机硅改性、聚氨酯改性、交联改性、石墨烯改性和纳米材料改性等，简述其机理和优缺点，并对其发展进行了展望。
　　水性丙烯酸树脂的结构特点。性丙烯酸酯树脂结构特点在于含有一定比例的羟基和羧基，因此与其他树脂涂料相比，具有良好的耐水性和抗污性，而且具有优异的光泽性。但在实际应用中也有一些缺点限制了丙烯酸树脂的使用，如耐溶剂性差、附着力较低和耐高低温性能不佳等问题，特别在水性涂料中问题。针对上述问题，可以通过改性的方法，提高水性丙烯酸树脂的使用领域。
　　1 环氧树脂改性
　　由于环氧树脂树脂做出涂料后，具有良好的物理机械性能、附着力和耐候性能，因此采用物理共混或化学接枝改性的方法，都可以得到兼顾两者优势的涂料，但由于两者相容性较差，贮存期很短，稳定性不佳，因此通常采用化学接枝的方法。目前，采用环氧树脂改性的水性丙烯酸树脂主要适用于汽车部分零件的表面涂层、以及食品和饮料容器的内壁涂层等。
　　2 有机氟化合物改性
　　由于有机氟材料具有优异的耐化学性、耐候性和低毒性，因此采用有机氟改性的方法，将电负性大的氟原子接枝至涂层当中，大大降低涂层的表面张力，可以使得材料具有良好的耐污性和耐油性。与其他改性方法相比，有机氟改性的水性丙烯酸酯树脂，不仅具有低表面能，而且耐候性出色，因此适用于航空航天、造船工业、汽车工业和新型建筑等新兴领域。例如法国的阿托菲纳（ATOFINA）公司研发的有机氟化合物改性的水性丙烯酸涂料，已正式投产，并表现出良好的综合性能。
　　3 有机硅化合物改性
　　由于有机硅材料具有良好的耐低温性、和耐盐雾性能，因此采用有机硅改性的方法，不仅解决了丙烯酸树脂低温变脆的问题，而且大大提高涂料的海上环境的耐受性。Park H.S.等采用3-丙基三甲氧基硅烷（MPTS）单体与不同的丙烯酸树脂单体进行聚合，制备成含量为30% 3-丙基三甲氧基硅烷改性的丙烯酸树脂，改性后的树脂涂料，不仅具有良好的光泽性，而且具有优异的耐候和耐盐雾性。目前，有機硅改性的水性丙烯酸树脂主要应用于服装工业和海洋工业，如纺织印花、皮革涂层、码头和海洋设施防腐等领域。
　　4 聚氨酯树脂改性
　　由于聚氨酯树脂单体结构众多，可以由一种或多种多元醇和氨基化合物聚合而成，因此可以得到软硬可调的多功能材料。而聚氨酯改性后的丙烯酸树脂不仅具有良好的耐溶剂性和柔韧性，而且具有优异的力学性能和耐化学性能，与其他改性树脂相比，成本较低、使用方便，目前已实现连续性工业化生产，具有良好的商业价值。聚氨酯改性丙烯酸酯主要有三种方法，分别是物理共混、核-壳乳液共聚法和原位乳液聚合法。其中原位乳液聚合法是至今应用最广泛的生产方法，在体系中添加的无机物引发单体聚合，从而得到复合树脂。目前主要适用于汽车轮毂、胶黏剂、油墨、建筑涂料等领域。
　　5 交联改性
　　由于丙烯酸酯树脂中含有大量的丙烯酸或酯类单体，因此以乙烯基单体作为交联基础点，通过外添加的交联助剂或者产生内交联的方式，可以大大提高成型涂层的力学性能和耐候性能。其中最常用的是双丙酮丙烯酰胺，该单体容易与α-H发生交联反应，因此可以与环氧、肼类端基小分子反应。据研究，己二酸二酰肼作为交联剂，可以很好的与双丙酮丙烯酰胺发生反应，通过两者结合改性的水性丙烯酸酯涂层，不仅有良好的力学性能、耐候性能和抗污性能，而且毒性低，污染少，是一种新型的环境友好型涂料，目前可用于木器涂层和建筑涂料中。
　　6 石墨烯改性
　　由于石墨烯材料具有质轻、高轻度，良好的导电和导热性能等特点，因此通过石墨烯改性的水性丙烯酸树脂不仅具有优异的耐化学性、力学性能和耐磨性能，而且固化后，可以获得低可挥发性有机物及甲醛的涂层，具有良好的应用前景。
　　7 纳米材料改性
　　由于纳米材料具有独特的尺寸效应，如界面效应，吸放光效应、化学活化效应等等，粒径通常为10纳米到1微米，因此成为了国内外的研究方向。通过化学改性的方法，可以将粒子添加到丙烯酸树脂中，一方面提高了材料的流变性能，另一方面赋予了丙烯酸材料导电、导热、自清洁、抗菌等特殊功能。因此，未来以环保生产为核心，采用纳米材料改性的水性丙烯酸树脂，会应用于更多的领域。
　　8 结论
　　综上所述，水性丙烯酸酯树脂已广泛应用于日常生活中，通过不同的原料或方法，可以更好的保留丙烯酸酯树脂的优点，同时改性后可以克服了应用上的不足，拓宽了丙烯酸酯树脂的应用领域。随着改性和表面处理技术的日益成熟，生产技术的提高，水性改性树脂还会沿着绿色节能、环保化、多功能化和特种差异化等方向发展。
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