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水性涂料的发展

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水性涂料的发展

发布日期:2018-05-14 作者:济南真石漆 点击:

为了不断改善其性能,扩大其应用范围,近半个世纪以来国内外济南真石漆对水性涂料进行了大量的研究,其中无皂乳液聚合、室温交联、紫外光固化以及水性树脂的混合是目前该领域研究的热点,并将成为水性涂料发展的关键技术。

   一、水性涂料基料的树脂

   1.高固含量无皂乳液聚合技术

    常规乳液聚合所用乳化剂残留在乳液中造成涂膜耐水性、抗污性和光泽差及在使用过程中易产生泡沫等缺点。为此,国内外一直致力于开发无皂乳液聚合技术。为了合成能满足涂料要求的稳定的高固含量无皂乳液,国内外进行了大量的研究,其中具有发展前景的方法主要有以下3种。

 (1)采用水溶性单体共聚

   所用水溶性单体包括羧酸类、酰胺类、羟基类、磺酸类单体和一些阳离子单体。在聚合过程中,共聚单体由于其强亲水性而结合在胶粒表面,形成亲水性膜而产生立体稳定效应。离子型单体还使胶粒表面产生电荷,通过静电斥力来维持乳液的稳定。单体的种类、用量、加料方式、羧基单体的中和度对聚合及乳液的稳定性均有影响。单体的水溶性太大,易在水相发生均聚;反之,易埋在胶粒内,均不利于皂聚合[1]。采用合适的水溶性单体可制得较高固含量的无皂乳液。利用羧基单体,采用两步法聚合可制备固含量40%以上的无皂乳液。第一步在低PH值下聚合制成种子乳液;第二步提高种子乳液的PH值,使聚合物上的羧基离子化,形成高度带电的乳胶粒作为进一步聚合的场所[2]。联合使用水溶性羟基单体和离子型引发剂也可制备出稳定的高固含量无皂乳液[3]。唐广粮等[4-5]利用烯烃基甘油醚磺酸盐、3-烯丙氧基-2-烃基丙磺酸盐等制备出固含量高达60%的稳定的无皂乳液。

  (2)采用可聚合乳化剂

    已报道的可聚合乳化剂种类很多,主要有烯丙醇的衍生物、苯乙烯的衍生物、马来酸的衍生物、丙烯酰胺的衍生物、(甲基)丙烯酸及其酯的衍生物等。

   为了使可聚合乳化剂键合在乳胶粒表面而产生良好的稳定效果,可聚合乳化剂应具有适当的聚合活性和亲水性。聚合活性太高,它在聚合过程的早期就会和其他单体共聚而埋在颗粒内部;活性较低,则它在聚合过程的后期才与其他单体共聚,不易埋在颗粒内而位于颗粒的表面[6];但聚合活性太小,它就难以键合到乳胶粒上。亲水性太小的可聚合乳化剂也易埋在颗粒内,但太大可能会水相聚合,形成水溶性聚合物[7]。可聚合基团的位置对聚合过程及乳液的稳定性有较大的影响。双键位于疏水端的最易聚合,位于亲水端的因亲水端之间的排斥作用而难聚合[6]。采用合适的可聚合乳化剂可制备固含量50%以上的稳定的无皂乳液[8-9]。

  (3)采用大分子乳化剂

    大分子乳化剂的迁移性远低于小分子乳化剂,在聚合过程中还可能与乳胶粒发生接枝作用,因而采用大分子乳化剂可克服小分子乳化剂易迁移、易起泡的缺点。用于乳液聚合的大分子乳化剂包括嵌段共聚物、接枝共聚物等。采用大分子乳化剂可制备固含量30%~40%的稳定的无皂乳液[10-11]。

   2.紫外光固化交联

   紫外光固化涂料一般要使用反应性稀释单体等有机挥发组分(VOCs)。这些组分不仅对环境及人体健康有害,而且在紫外光固化过程中难以完全反应,影响涂膜的性能。水性涂料采用常温固化一般时间较长,且固化不完全。因此,从20世纪80年代末国外就开始研究紫外光固化水性涂料。以水代替反应性稀释剂,一方面消除了紫外光固化涂料使用VOCs而导致的污染和刺激等问题,另一方面也为水性涂料提供了一种新的固化手段。

   光固化水性涂料的组成大体上包括水性不饱和官能化树脂、光引发剂及各种助剂。含不饱和官能团的水性树脂在光引发剂的作用下,经紫外光照射发生自由基聚合而固化。不饱和树脂多以常见树脂进行不饱和官能化而得。树脂既可以是水溶性的,也可以是乳液或水溶胶。所用光引发剂树脂高度相容。在欧美等发达国家,一些公司已推出了光固化水性涂料作塑料的罩印清漆及油墨。但总的来讲,紫外光固化水性涂料仍处探索阶段,研制高效的光引发剂是日后开展的主要课题。

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