水性丙烯酸酯涂料改性研究進展

余呂宏

摘 要：綜述了近年來水性丙烯酸酯涂料的改性方法和應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)不同的改性特點，可以克服水性丙烯酸酯的不足，制備出具有優(yōu)異特性的復(fù)合型涂料樹脂。重點介紹了常見共聚或共混改性技術(shù)，同時結(jié)合新型的石墨烯和納米改性技術(shù)，展望未來水性丙烯酸酯涂料沿著環(huán)保，多功能化的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：水性涂料;丙烯酸酯;納米改性

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水性涂料的發(fā)展日益受到人們的重視，因此水性涂料也替代了部分溶劑型涂料，成為不同領(lǐng)域的關(guān)注重心。而在種類繁多的涂層材料，如有機化合物涂料，無機化合物涂料，有機/無機復(fù)合涂料等，丙烯酸酯涂料發(fā)展尤為快速。丙烯酸酯涂料不僅可以提高材料的表觀硬度，而且具有優(yōu)異的光澤性和保色性，廣泛應(yīng)用于家電、日用品以及交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。

本文主要是整合了7種水性丙烯酸酯涂料的改性方法和應(yīng)用，如環(huán)氧樹脂改性、有機氟改性、有機硅改性、聚氨酯改性、交聯(lián)改性、石墨烯改性和納米材料改性等，簡述其機理和優(yōu)缺點，并對其發(fā)展進行了展望。

水性丙烯酸樹脂的結(jié)構(gòu)特點。性丙烯酸酯樹脂結(jié)構(gòu)特點在于含有一定比例的羥基和羧基，因此與其他樹脂涂料相比，具有良好的耐水性和抗污性，而且具有優(yōu)異的光澤性。但在實際應(yīng)用中也有一些缺點限制了丙烯酸樹脂的使用，如耐溶劑性差、附著力較低和耐高低溫性能不佳等問題，特別在水性涂料中問題。針對上述問題，可以通過改性的方法，提高水性丙烯酸樹脂的使用領(lǐng)域。

1 環(huán)氧樹脂改性

由于環(huán)氧樹脂樹脂做出涂料后，具有良好的物理機械性能、附著力和耐候性能，因此采用物理共混或化學(xué)接枝改性的方法，都可以得到兼顧兩者優(yōu)勢的涂料，但由于兩者相容性較差，貯存期很短，穩(wěn)定性不佳，因此通常采用化學(xué)接枝的方法。目前，采用環(huán)氧樹脂改性的水性丙烯酸樹脂主要適用于汽車部分零件的表面涂層、以及食品和飲料容器的內(nèi)壁涂層等。

2 有機氟化合物改性

由于有機氟材料具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、耐候性和低毒性，因此采用有機氟改性的方法，將電負性大的氟原子接枝至涂層當(dāng)中，大大降低涂層的表面張力，可以使得材料具有良好的耐污性和耐油性。與其他改性方法相比，有機氟改性的水性丙烯酸酯樹脂，不僅具有低表面能，而且耐候性出色，因此適用于航空航天、造船工業(yè)、汽車工業(yè)和新型建筑等新興領(lǐng)域。例如法國的阿托菲納（ATOFINA）公司研發(fā)的有機氟化合物改性的水性丙烯酸涂料，已正式投產(chǎn)，并表現(xiàn)出良好的綜合性能。

3 有機硅化合物改性

由于有機硅材料具有良好的耐低溫性、和耐鹽霧性能，因此采用有機硅改性的方法，不僅解決了丙烯酸樹脂低溫變脆的問題，而且大大提高涂料的海上環(huán)境的耐受性。Park H.S.等采用3-丙基三甲氧基硅烷（MPTS）單體與不同的丙烯酸樹脂單體進行聚合，制備成含量為30% 3-丙基三甲氧基硅烷改性的丙烯酸樹脂，改性后的樹脂涂料，不僅具有良好的光澤性，而且具有優(yōu)異的耐候和耐鹽霧性。目前，有機硅改性的水性丙烯酸樹脂主要應(yīng)用于服裝工業(yè)和海洋工業(yè)，如紡織印花、皮革涂層、碼頭和海洋設(shè)施防腐等領(lǐng)域。

4 聚氨酯樹脂改性

由于聚氨酯樹脂單體結(jié)構(gòu)眾多，可以由一種或多種多元醇和氨基化合物聚合而成，因此可以得到軟硬可調(diào)的多功能材料。而聚氨酯改性后的丙烯酸樹脂不僅具有良好的耐溶劑性和柔韌性，而且具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐化學(xué)性能，與其他改性樹脂相比，成本較低、使用方便，目前已實現(xiàn)連續(xù)性工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的商業(yè)價值。聚氨酯改性丙烯酸酯主要有三種方法，分別是物理共混、核-殼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應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)方法，在體系中添加的無機物引發(fā)單體聚合，從而得到復(fù)合樹脂。目前主要適用于汽車輪轂、膠黏劑、油墨、建筑涂料等領(lǐng)域。

5 交聯(lián)改性

由于丙烯酸酯樹脂中含有大量的丙烯酸或酯類單體，因此以乙烯基單體作為交聯(lián)基礎(chǔ)點，通過外添加的交聯(lián)助劑或者產(chǎn)生內(nèi)交聯(lián)的方式，可以大大提高成型涂層的力學(xué)性能和耐候性能。其中最常用的是雙丙酮丙烯酰胺，該單體容易與α-H發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，因此可以與環(huán)氧、肼類端基小分子反應(yīng)。據(jù)研究，己二酸二酰肼作為交聯(lián)劑，可以很好的與雙丙酮丙烯酰胺發(fā)生反應(yīng)，通過兩者結(jié)合改性的水性丙烯酸酯涂層，不僅有良好的力學(xué)性能、耐候性能和抗污性能，而且毒性低，污染少，是一種新型的環(huán)境友好型涂料，目前可用于木器涂層和建筑涂料中。

6 石墨烯改性

由于石墨烯材料具有質(zhì)輕、高輕度，良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能等特點，因此通過石墨烯改性的水性丙烯酸樹脂不僅具有優(yōu)異的耐化學(xué)性、力學(xué)性能和耐磨性能，而且固化后，可以獲得低可揮發(fā)性有機物及甲醛的涂層，具有良好的應(yīng)用前景。

7 納米材料改性

由于納米材料具有獨特的尺寸效應(yīng)，如界面效應(yīng)，吸放光效應(yīng)、化學(xué)活化效應(yīng)等等，粒徑通常為10納米到1微米，因此成為了國內(nèi)外的研究方向。通過化學(xué)改性的方法，可以將粒子添加到丙烯酸樹脂中，一方面提高了材料的流變性能，另一方面賦予了丙烯酸材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱、自清潔、抗菌等特殊功能。因此，未來以環(huán)保生產(chǎn)為核心，采用納米材料改性的水性丙烯酸樹脂，會應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。

8 結(jié)論

綜上所述，水性丙烯酸酯樹脂已廣泛應(yīng)用于日常生活中，通過不同的原料或方法，可以更好的保留丙烯酸酯樹脂的優(yōu)點，同時改性后可以克服了應(yīng)用上的不足，拓寬了丙烯酸酯樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著改性和表面處理技術(shù)的日益成熟，生產(chǎn)技術(shù)的提高，水性改性樹脂還會沿著綠色節(jié)能、環(huán)?；?、多功能化和特種差異化等方向發(fā)展。

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