乳液涂料發(fā)展新動向
時間:2005-08-31
乳液聚合的歷史至今已有80余年。目前，除了常規(guī)乳液聚合外，還有種子乳液聚合、核殼乳液聚合、無皂乳液聚合、微乳液聚合、超微乳液聚合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合、超濃乳液聚合、分散聚合等多種技術(shù)。乳液聚合的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，主要分為三個方面：一是聚合后分離成膠狀或粉狀固體產(chǎn)品，二是乳液涂料和膠粘劑，三是微粒用作顏料、粒子標(biāo)樣、免疫試劑的載體等。其中，乳液涂料已成為乳液制品最重要的組成部分之一。
丙烯酸酯類聚合物以其優(yōu)越的成膜性、良好的耐油性和耐候性、優(yōu)良的粘接性，在眾多聚合物乳液產(chǎn)品中成為了佼佼者。引入硬單體苯乙烯的丙烯酸酯類乳液體系，簡稱為苯丙乳液，具有較高的耐候性、保色性、抗污性等，其成本較純丙乳液低，故而成為最通用、最常見的乳液品種。苯丙乳液主要用作膠粘劑。作為膠粘劑，其硬度高，耐水性好。另外，它還可廣泛用作外墻、內(nèi)墻涂料，地板上光劑，彩砂涂料，凹凸底漆，真石漆等。我國從20世紀(jì)70年代起開始研制苯丙乳液體系，80年代正式投入使用。隨著核殼技術(shù)、互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)及無皂乳液聚合的研究進(jìn)展，對苯丙乳液的研究取得了一系列成果。
環(huán)境與健康是21世紀(jì)人類最重要的主題之一。為了創(chuàng)造一個清潔舒適的生活環(huán)境和持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，各個國家對污染的控制逐步嚴(yán)格化。溶劑型涂料因溶劑不可避免的揮發(fā)性對空氣易于造成污染，使其應(yīng)用日益受到限制，進(jìn)而致使涂料領(lǐng)域的品種結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化。而水性涂料無污染，生產(chǎn)工藝及設(shè)備與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相似，此外水性涂料還具有可實現(xiàn)電泳涂裝，富于反應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，從而成為發(fā)達(dá)國家年增長率最快的涂料品種。
乳液涂料替代溶劑型涂料的關(guān)鍵技術(shù)是涂膜硬度及耐候性等性能的挑戰(zhàn)，這是普通乳液產(chǎn)品難以實現(xiàn)的目標(biāo)。該領(lǐng)域的科技工作者對此進(jìn)行了更加深入而又廣泛的研究，取得了突破性進(jìn)展。其中，具有代表性的體系有室溫交聯(lián)固化乳液體系、雙重交聯(lián)核殼結(jié)構(gòu)乳液體系及納米粒子/聚合物復(fù)合乳液體系等。
室溫交聯(lián)技術(shù)的開發(fā)，為乳液涂料的發(fā)展帶來新的生機(jī)。與較高溫度下實現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)相比，室溫交聯(lián)乳液體系有著明顯的優(yōu)勢。不僅其成膜物具有穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，還具有良好的耐水、耐酸堿、抗污染和優(yōu)良的機(jī)械性能，而且在施工中無需加熱，節(jié)約能源，大大地擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。缺點(diǎn)是功能單體的價格較貴，其成本高于普通乳液涂料。為此，有機(jī)硅改性丙烯酸酯類聚合物的研究成為一大熱點(diǎn)。有機(jī)硅主要是由硅原子和氧原子等交替組成的合成高分子材料，兼具有機(jī)和無機(jī)物的性能，具有優(yōu)良的耐高低溫、耐紫外線和紅外輻射、耐氧化降解以及電絕緣性和彈性。他們可以是低或高粘度的液體，也可以是固體樹脂或橡膠體。隨著新型涂料的不斷研究、開發(fā)和改進(jìn)，有機(jī)硅作為耐候涂料、耐熱涂料、耐熱電絕緣涂料、水性涂料和隔離涂料及其作為涂料助劑方面均得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。改性的方法有物理共混法和化學(xué)反應(yīng)改性兩種，化學(xué)改性的產(chǎn)品比單純物理共混改性好。化學(xué)改性主要是在有機(jī)硅柔性的硅氧烷鏈的末端或側(cè)基上引入活潑的官能團(tuán)，與其他高分子結(jié)合生成嵌段、接枝或互穿網(wǎng)絡(luò)共聚物。
雙重交聯(lián)核殼結(jié)構(gòu)乳液體系是一種核體微交聯(lián)、殼體室溫外交聯(lián)的新型核殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。通過調(diào)整核體微交聯(lián)程度、核殼尺寸比例，改變組成結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能，尤其是涂膜硬度。它為開拓性能優(yōu)異的系列乳液涂料產(chǎn)品奠定了更加堅實廣泛的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。
納米高分子復(fù)合材料是近年來高分子材料科學(xué)中發(fā)展十分迅速的新領(lǐng)域，是獲取高性能復(fù)合材料的重要技術(shù)之一。納米粒子/聚合物復(fù)合乳液體系亦是新型乳液體系研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。這種新型復(fù)合乳液體系可以將無機(jī)材料的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與高分子材料的韌性完美地結(jié)合起來，為制備阻燃、耐候、防輻射等各種功能性新型涂料產(chǎn)品奠定理論和應(yīng)用基礎(chǔ)，開辟復(fù)合乳液產(chǎn)品的新時代。納米粒子/聚合物復(fù)合乳液體系面臨的技術(shù)難點(diǎn)是如何保證無機(jī)粒子以納米尺寸分散在聚合物中。目前納米粒子/高分子復(fù)合乳液體系的制備方法，主要是以現(xiàn)有的納米粉體為原料，尚未實現(xiàn)真正的納米粒子單分散。
清華大學(xué)選用一種全新的工藝與思路，即在無機(jī)粒子制備過程中對其表面進(jìn)行化學(xué)改性，以分子設(shè)計思路為出發(fā)點(diǎn)，把無機(jī)納米粒子、表面化學(xué)改性劑及聚合單體在制備過程中有機(jī)地結(jié)合起來，從無機(jī)分散粒子的制備，到納米粒子的表面化學(xué)改性，直至原位聚合，形成復(fù)合材料，制備出真正為高分子復(fù)合材料所需的無機(jī)納米分散粒子，可有效地避免納米粒子的收集與存放中存在的問題。在納米粒子的制備過程中，通過控制反應(yīng)條件，增加新鮮粒子表面活性，以利于其表面化學(xué)改性的進(jìn)行，為納米粒子與有機(jī)相之間的有效結(jié)合奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。該項研究現(xiàn)已取得初步成果，成功地合成出穩(wěn)定的納米氫氧化鎂/苯丙聚合物乳液體系。復(fù)合少量的納米氫氧化鎂，在保持其他性能基本不變的基礎(chǔ)上，涂料的鈣離子穩(wěn)定性和涂膜硬度均有較大的提高，為提高乳液制品性能和拓展其應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。性能優(yōu)異的水乳性涂料是涂料領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢.
