丙烯酸树脂涂料的研究.doc

丙烯酸树脂涂料 化学工程与工艺一班 ）摘要：介绍了丙烯酸树脂涂料的用途；简述了丙烯酸树脂改性方法，展望了丙烯酸树脂的发展前景。关键词：丙烯酸树脂 纳米材料 杂化改性 UV固化1、前言 丙烯酸涂料是由丙烯酸树脂、溶剂和颜料、填料以及助剂组成。丙烯酸树脂是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯等单体聚合而成 ，丙烯酸树脂具有色浅、透明度高、光亮丰满、涂膜坚韧、附着力强、耐腐蚀等特点，是常用的涂层材料。由于丙烯酸树脂在特定场合存在一定的缺陷，如硬度、抗污染性、耐溶剂性、机械性能不够好以及成本偏高等，限制了它的进一步应用， 因此国内外学者进行大量深入研究，有众多改性方法1。2010 年国内丙烯酸及酯的产能分别达到117.9 万t/a、172.8 万t/a，我国已成为世界丙烯酸及酯的最大产国2，丙烯酸树脂及涂料产量也将居世界首位。2、 丙烯酸树脂涂料的用途2.1 用于建筑涂料如丙烯酸树脂建筑用乳胶漆，聚丙烯酸酯彩色涂料，防水涂料和外墙涂料。聚丙烯酸酯彩色涂料的基料可用于制备清漆或者色漆，其制得的清漆或者色漆适合于内外墙装饰，具有色彩艳丽，耐水性，耐恶劣气候性强，漆膜柔韧，对环境无污染等特点。2 ，2用于制备防腐涂料水性铁红丙烯酸防锈漆，水性自交联丙烯酸防腐涂料，耐酸雨有机硅改性丙烯酸涂料，水性聚氨酯改性丙烯酸木器涂料。水性铁红丙烯酸防锈漆是自干型涂料，其性能优于红丹酚醛防锈漆和红丹醇酸防锈漆。该漆具有优良的耐盐水性，耐腐蚀性，漆膜附着力强，坚韧牢固，可与各类面漆配套使用，且无毒害，不燃不爆，对坏，境污染少，便于储藏运算和施工涂料。该涂料主要应用于大型机械 车辆 船舶与小型仪器仪表的涂装。2，3 用于导电功能丙烯酸涂料丙烯酸-石墨导电涂料，丙烯酸聚苯胺防腐导电涂料，塑料制品用丙烯酸防静电涂料 丙烯酸石墨导电性涂料具有良好的导电性，对陶瓷表面具有良好的附着力，其优点在于不污染环境 价格低廉，主要用于电磁屏蔽的涂覆。,2，4 光学涂料溶剂型丙烯酸荧光涂料，丙烯酸夜光涂料，聚合物水泥长余辉蓄能发光涂料，丙烯酸紫外光固化光纤带涂料。 溶剂型丙烯酸荧光涂料，聚丙烯酸树脂无色透明且透光性良好，特别是对紫外光透过率高，耐水 耐碱性好，其作为主要成膜物添加荧光颜料制成荧光涂料，施工性好，漆膜鲜艳，使用时间长。可用于建筑涂料 装潢设计 铁路 公路 人造景观等。 ,2，5 抗菌涂料食用用型无机抗菌涂料，防氡抗菌苯丙乳液建筑涂料，纳米氧化锌苯丙乳液抗菌涂料，纳米银粉抗菌涂料。 食用用型无机抗菌涂料，由溶胶凝胶法制备的Ag系 AgZn系及AgCu系无机抗菌粉体可添加与丙烯酸涂料中得到抗菌性 耐酸性 耐碱性和耐水性优良的抗菌涂料。该涂料可广泛应用于食品厂 酿造厂 制药厂及医院等场所。2丙烯酸树脂改性技术发展 针对丙烯酸树脂涂料存在的抗污染性低，机械性能不够好等缺陷，利用有机硅、有机氟、环氧树脂、聚氨酯、纳米材料等对丙烯酸树脂进行改性,赋与它不同的新性能，能够较好的提高丙烯酸树脂涂料的性能,国内报道的文献较多 4-5。3.1 纳米材料改性 纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可以使材料获得新的功能。涂料中添加纳米颜填料后，由于纳米颜填料粒子能够吸收紫外光，起到紫外光吸收剂的作用，增强涂料的耐老化性能，同时还具有光催化性能、疏水疏油性能、高韧性、高耐擦洗性、高附着力等，故可使涂料的耐候性得到大幅度的提高。近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米材料已广泛地应用于丙烯酸树脂改性，使其各项性能获得提高。除此之外，纳米材料改性的丙烯酸树脂还呈现出如自清洁、抗静电、抗菌杀菌和吸波隐身等特殊性能，使丙烯酸酯乳液向着环保方向发展6。纳米材料改性丙烯酸树脂的开发已成为近年来国内外研究的新热点。SPGumfekar等7用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯/纳米CaCO3（平均粒径53 nm）进行原位乳液聚合，制成P（MMA-BA）的纳米复合乳液，以不同的比例和醇酸乳液杂化改性，除了耐冲击性能有点弱化外，涂膜的光泽、附着力、硬度均有明显改进。试验证实，在MMABA=11，纳米CaCO3用量4%，醇酸乳液占50%（均为质量分数）的配方，可以获得最佳性能。马国章等8利用纳米SiO2 表面上的SiOH 和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚丙二醇、丙烯酸羟乙酯进行原位聚合，制备纳米SiO2 /PU- 丙烯酸酯聚合物，纳米材料分散好，无团聚，可以UV 固化，改进了涂膜的耐热性和硬度。3.2 丙烯酸-醇酸树脂杂化改性对水性醇酸树脂涂料改性的研究工作，以丙烯酸改性为多。用丙烯酸改性水性醇酸树脂，希望能综合醇酸乳液的高光泽和对木材等底材渗透性好、丙烯酸乳液的快干和保光保色性好的优点，克服醇酸乳液干燥慢等缺点。如果将丙烯酸乳液和醇酸乳液采取简单的机械混和，也不采取其他措施，搅拌停止后就会很快分层。采用杂化（hybrid）工艺，可以较好克服这个弱点。近年来，国内外对丙烯酸-醇酸乳液树脂杂化改性的报道较多，可以是在醇酸树脂低聚物存在下，丙烯酸单体进行聚合，然后乳化；也可以是丙烯酸乳液存在下，滴加醇酸树脂低聚物进行聚合。可以是常规乳液聚合，也可以借助添加低相对分子质量的PMMA 进行细乳液聚合，以进一步提高体系的稳定性和涂膜的性能 9-11。3.3 UV 固化水性丙烯酸系涂料的改进 (1) 紫外光（UV）固化丙烯酸酯涂料UV 固化涂料具有高涂装效率、低VOC、较好性能的优点，发展较快。有阴离子固化和阳离子固化2 种类型，而以前者应用较多。树脂分子中含丙烯酰氧基是产生自由基、进行UV 固化的前提。常用的品种有丙烯酸-聚酯、丙烯酸-环氧、丙烯酸-聚氨酯、丙烯酸-有机硅等。以丙烯酸-环氧消费量高，如2009 年全国生产与消费UV 固化树脂5.85 万t，丙烯酸-环氧树脂占2.9 万t，几占一半 12。为提高UV 固化涂料的耐候性、抗沾污性、化学抗性，用氟材料改性UV 固化丙烯酸的研究较多，技术途径多样。氟化丙烯酸酯如全氟烷基乙基丙烯酸酯已商品化，从它出发可以制含氟的UV 固化的丙烯酸酯涂料、丙烯酸-环氧涂料，可以明显提高耐候性和抗沾污性。氟化多元醇和多异氰酸酯反应制成端NCO 预聚物，再引入丙烯酰氧基，可制成UV 固化聚氨酯-丙烯酸酯涂料13-14。也可用氟化多异氰酸酯合成丙烯酸-聚氨酯UV 固化涂料，只是氟化多异氰酯单体成本高，影响产业化。有报道15，利用含SiH 键的有机硅单体和氟化丙烯酸酯的双键进行硅氢化加成反应，同时进行含氟硅材料改性，制成可UV 固化的涂料，以期提高涂料的耐性和耐热性能。纳米二氧化硅改性聚氨酯-丙烯酸涂料，经UV 固化，可提高涂膜的热稳定性、硬度、耐磨性和化学抗性。(2)UV 固化水性丙烯酸涂料的改进围绕UV 固化水性丙烯酸-聚氨酯树脂的改进，有一些报道16-17。张胜文等18用纳米SiO2和聚氨酯丙烯酸反应制成纳米复合乳胶液，经分析证实，纳米粒子在乳液分散体中无团聚现象，对UV 固化涂膜的微结构进行分析与观察，纳米粒子均匀地分散在聚氨酯-丙烯酸的基体中，为改进涂膜的热稳定性、硬度等性能提供了前提。褚夫强等19分别合成聚氨酯-丙烯酸与环氧-丙烯酸两种水分散体，然后混合使用，相混性良好，UV 固化速度提高；加入20%（质量）的聚氨酯-丙烯酸水分散体，涂膜的断裂伸长率可提高1.5 倍，光泽也大为提高。基本上能达到优势互补，可综合二者的优点，能明显提高综合性能。闵绍进等20分别合成环氧-丙烯酸乳液和环氧乳液，将二者按一定比例混合，利用UV 和热双重固化工艺，涂膜硬度可达3H，提高了耐水性、附着力、耐擦洗性能。3、 展望随着时代的发展和人类的进步，环境保护问题已越来越受到人们的普遍重视。由于传统的低固含量溶剂型涂料含有50左右的溶剂，这些溶剂在涂料制造及施工阶段排入大气，污染环境，危害人类健康。因此，世界各大涂料公司纷纷开发环保型涂料，即开发省资源、省能源、无污染的水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料，成为一种发展趋势.其中重点是水性丙烯酸树脂涂料，国外的发展方向是开发提高外观质量、满足环保法规的新型高性能涂料用乳液。确立颜料分散技术和多元化技术及水性涂料的制造技术，开发耐酸碱性、耐擦伤性的水性清漆。在水性丙烯酸涂料中，得到广泛应用的是丙烯酸乳胶涂料。在这一领域日本研究较早，目前，其着重点是在涂料的功能上加以突破，同时注重降低成本。随着现代高层建筑的兴起，对建筑涂料的耐候性要求也逐渐提高。因此，高耐候性涂料的研究成为发达国家研究比较活跃的领域。由于有机硅改性丙烯酸涂料的耐候性可以与含氟树脂媲美，而其耐沾污性优于含氟树脂涂料，成本也只有含氟树脂涂料的三分之一，可能成为今后超耐候涂