2008年6月
常州轻工职业技术学院学报
Changzhou Institute of Light Industry Technoloy 丙烯酸酯涂料的改性研究进展
李 勇
(江苏常州轻工职业技术学院 江苏常州 2131)
〔摘 要〕本文概述了丙烯酸酯涂料的特性,对国内丙烯酸酯涂料的各种改性研究作了介绍,并展望了丙烯酸酯涂料的发展趋势。
〔关键词〕丙烯酸酯涂料 改性 研究进展
1、前言
以丙烯酸或甲基丙烯酸酯为主要单体,配合加入乙烯基单体,经链引发,产生游离基共聚反应得丙烯酸共聚树脂,再调入颜料、填料和适当的助剂,可制备得丙烯酸树脂涂料。
丙烯酸系胶涂料具有优良的耐热性、耐候性、耐腐蚀性、附着力高等优点,但在实际应用中,由于自身结构的,仍存在些不足之处,如低温易变脆、高温变黏失强、易回黏的缺点,影响了装饰效果和使用价值,硬度、抗污染性、耐溶剂性等方面也存在不足。为了更好的提高丙烯酸涂料的综合性能,扩大其应用范围,需要对丙烯酸酯涂料进行改性。
2、丙烯酸酯涂料改性
2.1 丙烯酸酯涂料的共混、共聚改性
用丙烯酸树脂和其他树脂共混、共聚可显著改进所得涂料的性能。聚氨酯具有较强的机械耐磨性、涂膜丰满光亮、耐化学品性能好等优点[1],丙烯酸酯涂料具有保光保色及户外耐久性好等优点,因此将聚氨酯乳液与聚丙烯酸酯乳液复合制备的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液,兼有聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液的优良特性,具有广泛的应用前景。
此类改性的典型配方如下:在聚氨酯乳液聚中加入适量乳化剂搅拌分散均匀,再加入丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等单体,常温下搅拌约0.5h,得稳定均匀的乳液,继续加入过硫酸铵的水溶液,搅拌升温至80℃,反应约1h,可得性价比较高的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液涂料。
环氧树脂具有黏附力强、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性以及热稳定性好等优点[2],[3]。丙烯酸与环氧树脂反应生成环氧丙烯酸酯,这种树脂具有抗化学腐蚀、附着力强、硬度高、价格便宜等优点,用它作预聚物制备的涂料在紫外光照射下可发生光聚合或光交联反应,它不仅固化速度快,而且涂膜性能优良,近年来发展迅速,正逐步取代传统木材、纸张、金属等使用的涂料。
此类改性的典型配方如下:将环氧树脂和乳化剂配置成一定浓度,置于40℃水浴中乳化0.5h,然后加入部分丙烯酸酯单体继续乳化0.5 h,搅拌升温到75℃加入过硫酸铵的水溶液,同时滴加部分丙烯酸酯单体,滴加完成后升温至85℃,保温1h,即可得环氧树脂改性丙烯酸酯涂料。
能用于丙烯酸树脂改性的树脂除了聚氨酯、
李勇(1979-),男,齐齐哈尔大学毕业,硕士。
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—环氧树脂外,还有有机硅树脂、有机氟树脂、酚醛树脂等。通过共聚、共混都能显著改善丙烯酸树脂涂料相应的性能。
2.2 丙烯酸酯涂料填充改性
向丙烯酸树脂中填充适当的微小颗粒可提高丙烯酸树脂涂料的一些特殊性能,如导电丙烯酸涂料的制备经常是填充石墨和银粉等。导电涂料是伴随现代科学技术迅速发展起来的特种功能涂料,至今约有半个多世纪的历史。随着现代科学技术的进步,对导电涂料的性能要求和需求量都将进一步提高。新型导电材料(包括导电聚合物和导电填料表面改性)和环保型导电涂料(包括作为导电体使用的涂层,电磁波屏蔽层和防静电涂层等)将有广阔的研究开发前景和日益增加的市场需求。
石墨和炭黑等炭系掺合型导电涂料由于具有环境适应性好、密度小、价格比金属系导电涂料低等突出优点而受到人们的重视[4],[5]。此类改性的典型配方如下:按比例加入甲基丙烯酸酯和丙烯酸在一定温度和压力下合成丙烯酸酯的乳液,然后按比例(石墨:丙烯酸酯1～3:10)加入石墨和丙烯酸酯的乳液共混均匀。
以丙烯酸酯为成膜物质,加入银粉在适当的条件下可制得导电涂料银浆[6],此类导电银浆是一种复合型导电高分子聚合材料,它是由金属银微粒、基料树脂、溶剂和助剂组成的一种机械混合物浆料。导电银浆具有优良的导电性能,并且性能稳定,是电子领域、微电子技术中重要的基础材料之一。广泛应用于集成电路、石英晶体电子元器件、厚膜电路、表面组装、仪器仪表等各个领域。可用于填充的银粉按粒径的不同分为75μm、65μm、48μm、45μm几个等级。从使用效果来看,随着填充银粉的粒径减小,涂料的电阻率增加。这是因为在填充银粉浓度相同时,银粉粒径越小,越容易被树脂包围,树脂是绝缘材料,所以导致电阻率增加。相反,如果填充银粉粒径越大,那么银粉超越树脂包围层的概率就越大,从而涂层的电阻率就减小。在实际选择银粉粒径时要综合考虑各种因素对导电和涂料涂层性质的影响。粒径增大可以提高涂料的导电性,将导致涂膜表层粗糙,严重影响外观;粒径减小,涂膜外观虽然平整光滑,但银粉微粒沉降速度变慢,分散困难,电阻率增高,因此银粉粒径不是越小越好。综合考虑,现使用65μm粒径的银粉填充获得的导电涂料效果较好。
2.3 丙烯酸酯涂料的纳米改性
纳米材料的粒径尺度在1～100nm内,是一类超细固体材料,物质到纳米尺度以后,性能就会发生突变,出现特殊性能,如尺寸效应、表面效应、量子效应等。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。将纳米材料加入到丙烯酸酯涂料中可以极大的改善涂料的各种特殊性能。这方面的研究国内外正在积极的进行中,也取得了一定的成果。
纳米CaCO3改性丙烯酸酯涂料[7],[8]:众所知周,碳酸钙本身作为体质填料,广泛应用于各类涂料中。它可以改变涂料的流变性、涂层的韧性、耐水性、耐候性,降低涂层的加工成本。与传统的重钙或轻钙相比,虽然纳米碳酸钙的成本大幅度上升,但较其他普通填料相比仍处于较低的价位,尤其是碳酸钙纳米化后,其在涂层补强性、透明性、触变性、流平性等方面所带来的变化是显著的。
纳米TiO2改性丙烯酸酯涂料:涂料的抗老化性、耐候性对外墙涂料来说是非常重要的指标。涂膜因受到紫外线、阳光照射、温度变化、风吹雨淋以及大气中各种污染物,尤其是酸性污染物的影响,容易出现褪色、变色、龟裂、粉化、剥落、附着力下降等一系列老化现象,尤其紫外线照射是促使涂膜老化的关键因素。经研究发现,纳米TiO2是优良的抗老化剂,可用来提高涂膜的耐候性[9],[10]。纳米粒子耐老化性是利用了其对光的散射和吸收的特殊功能。据报导,纳米TiO2对中长波段(280～400nm)的紫外线的反射率高达85%以上,对紫外线短波的反射率也达70%～80%。将纳米TiO2适当配合后加入到丙烯酸酯涂料中将能吸收大量的紫外线,可以明显提高涂膜的抗老化、耐候性能。
纳米SiO2改性丙烯酸酯涂料[11],[12],[13]:在涂料的性能中,涂膜的耐擦洗性能是衡量其附着力优劣的指标。纳米SiO2颗粒粒径小,比表面积大,表面自由能很高,将纳米SiO2粉体加入到丙烯酸酯涂料中,经充分分散后,纳米SiO2粉体分布在颜料填料颗粒和乳胶颗粒之间。涂料成膜后,由于纳米SiO2粉体的表面能高,能有效地改
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丙烯酸酯涂料的改性研究进展
善乳胶颗粒之间,乳胶颗粒与颜料颗粒之间的界面结合力,耐擦洗性可由1000次提高到5000次以上,并且干燥时间缩短、悬浮稳定性、触变性能、光洁度明显也明显改善。
4、展望
丙烯酸酯涂料应用广泛,为了进一步提高其综合性能,近年来,人们对丙烯酸酯涂料的各种改性进行了较为深入和全面的研究。实践证明通过添加各种树脂改性,能够大大改善其性能。聚氨酯树脂改性、聚硅氧烷改性和环氧树脂复合改性等都是很有效的方法。多种纳米材料用在丙烯酸酯涂料方面的研究在不断成熟,其他如氟改性丙烯酸酯[14]也在研制中。随着人类生活质量和环保意识的不断提高,水性丙烯酸酯涂料的研究[15],[16]也变得尤为重要。其他还有高固含量和粉末状水分散型丙烯酸酯涂料的研究也在进行中。总之,节能高效、持久力长、环境友好是今后丙烯酸酯涂料发展的主要趋势。
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R esearch Progress of Modifying Acrylate Coating
Li yong
(Changzhou Instit ute of Light Indust ry technology Changzhou Jiangsu 2131)
〔Abst ract 〕The character of acrylate coating was summarized in t he paper.The research of modif 2
ying acrylate coating in country was int roduced and t he develop mental trend of acrylate coating was forecasted. 〔Key words 〕Acrylate coating modifying research progress
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