乳液涂料發展新動向
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。乳液聚合的應用已經非常廣泛，主要分為三個方面：一是聚合后分離成膠狀或粉狀固體產品，二是乳液涂料和膠粘劑，三是微粒用作顏料、粒子標樣、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越的成膜性、良好的耐油性和耐候性、優良的粘接性，在眾多聚合物乳液產品中成為了佼佼者。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、互穿聚合物網絡及無皂乳液聚合的研究進展，對苯丙乳液的研究取得了一系列成果。
環境與健康是21世紀人類最重要的主題之一。為了創造一個清潔舒適的生活環境和持續發展的經濟環境，各個國家對污染的控制逐步嚴格化。溶劑型涂料因溶劑不可避免的揮發性對空氣易于造成污染，使其應用日益受到限制，進而致使涂料領域的品種結構發生了重大的變化。而水性涂料無污染，生產工藝及設備與傳統的溶劑型涂料相似，此外水性涂料還具有可實現電泳涂裝，富于反應性等優點，從而成為發達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鍵技術是涂膜硬度及耐候性等性能的挑戰，這是普通乳液產品難以實現的目標。該領域的科技工作者對此進行了更加深入而又廣泛的研究，取得了突破性進展。其中，具有代表性的體系有室溫交聯固化乳液體系、雙重交聯核殼結構乳液體系及納米粒子/聚合物復合乳液體系等。
室溫交聯技術的開發，為乳液涂料的發展帶來新的生機。與較高溫度下實現交聯反應相比，室溫交聯乳液體系有著明顯的優勢。不僅其成膜物具有穩定的交聯結構，還具有良好的耐水、耐酸堿、抗污染和優良的機械性能，而且在施工中無需加熱，節約能源，大大地擴展了其應用范圍。缺點是功能單體的價格較貴，其成本高于普通乳液涂料。為此，有機硅改性丙烯酸酯類聚合物的研究成為一大熱點。有機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，兼具有機和無機物的性能，具有優良的耐高低溫、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、開發和改進，有機硅作為耐候涂料、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用和發展。改性的方法有物理共混法和化學反應改性兩種，化學改性的產品比單純物理共混改性好?；瘜W改性主要是在有機硅柔性的硅氧烷鏈的末端或側基上引入活潑的官能團，與其他高分子結合生成嵌段、接枝或互穿網絡共聚物。
雙重交聯核殼結構乳液體系是一種核體微交聯、殼體室溫外交聯的新型核殼結構產品。通過調整核體微交聯程度、核殼尺寸比例，改變組成結構特性，進一步提高產品性能，尤其是涂膜硬度。它為開拓性能優異的系列乳液涂料產品奠定了更加堅實廣泛的理論和應用基礎。
納米高分子復合材料是近年來高分子材料科學中發展十分迅速的新領域，是獲取高性能復合材料的重要技術之一。納米粒子/聚合物復合乳液體系亦是新型乳液體系研究的熱點領域。這種新型復合乳液體系可以將無機材料的剛性、尺寸穩定性和熱穩定性與高分子材料的韌性完美地結合起來，為制備阻燃、耐候、防輻射等各種功能性新型涂料產品奠定理論和應用基礎，開辟復合乳液產品的新時代。納米粒子/聚合物復合乳液體系面臨的技術難點是如何保證無機粒子以納米尺寸分散在聚合物中。目前納米粒子/高分子復合乳液體系的制備方法，主要是以現有的納米粉體為原料，尚未實現真正的納米粒子單分散。
清華大學選用一種全新的工藝與思路，即在無機粒子制備過程中對其表面進行化學改性，以分子設計思路為出發點，把無機納米粒子、表面化學改性劑及聚合單體在制備過程中有機地結合起來，從無機分散粒子的制備，到納米粒子的表面化學改性，直至原位聚合，形成復合材料，制備出真正為高分子復合材料所需的無機納米分散粒子，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，通過控制反應條件，增加新鮮粒子表面活性，以利于其表面化學改性的進行，為納米粒子與有機相之間的有效結合奠定了物質基礎。該項研究現已取得初步成果，成功地合成出穩定的納米氫氧化鎂/苯丙聚合物乳液體系。復合少量的納米氫氧化鎂，在保持其他性能基本不變的基礎上，涂料的鈣離子穩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用領域奠定了基礎。性能優異的水乳性涂料是涂料領域發展的必然趨勢.
