有机无机杂化
乳胶涂膜存在硬度较低,耐擦洗性、耐溶剂性和耐热性较差,与水泥等碱性材料结合力不强等缺点.无机材料具有极好的耐磨性,在乳胶涂料中,如果将无机纳米粒子稳定分散到聚合物乳液中制得有机-无机杂化纳米乳液,有机组分和无机组分通过分子间形成的化学键或靠静电作用而结合起来,使二者性能互补,必将大幅度提高乳液的各项性能,拓宽其应用领域[1 6-2 2].但是无机非金属材料作为填料对聚合物复合材料在水介质中的摩擦性能的影响也是具有两面性.其一,某些填料能够吸附水分子作润滑剂,甚至还能发生化学反应,形成许多独立的润滑膜,起到一定的润滑作用;其二,当无机填料与聚合物的相容性不佳时,聚合物和填料之间会存在界面,而水分子体积小、极性大,因此可通过界面的细孔进入复合材料体系,并且向聚合物表面扩散,使其溶胀,导致界面脱粘破坏,且填料颗粒一旦被拔出摩擦界面后就会增加涂层的磨粒磨损[3-4].无机粒子改性乳胶涂料过程中存在着特种填料粒子的使用、不同种类填料粒子的复配、不同形状的填料粒子的复配、不同粒径及粒径分布的填料粒子的复配使用等问题,需要进一步研究,以获得最佳的耐洗刷性能.
无机填料表面改性
改性后的无机纳米粒子与有机聚合物的相容性较好,从而能够在其中均匀分散,在摩擦过程中可能形成一层有机/无机复合摩擦膜.有机物膜隔离了金属的接触可以起到减摩作用,使摩擦系数减小,有效的阻止基体树脂的粘着转移,形成的细微颗粒磨屑,能够抑制大颗粒磨屑的产生,并且细微颗粒磨屑在摩擦表面起到了润 滑 作 用,而 使 体 系 的 摩 擦 系 数 降 低.高 基 伟等[2 3]以钛酸酯偶联剂进行表面改性的纳米 TiO2 粒子对普通的丙烯酸乳胶涂料进行改性制备内墙乳胶涂料.结果表明,偶联剂对粒子的表面结构产生影响,从而改善了其在涂料中的分散情况,添加改性后的纳米TiO2 粒子使涂料的耐洗刷性、硬度等性能得到较大的提高.掺杂比为 2.0%(质量分数)时改性后涂料的耐洗刷性提高到未改性涂料的 7 倍以上,硬度提高一个等级.
核壳结构乳液
将疏水性的碳链接枝于亲水性的丙烯酸链段上,得到嵌段型共聚物,中和后高速剪切分散于水中,由于疏水链段与水的不相容性,会被丙烯酸链段包覆在中心形成核壳结构的微球,从而制备了纳米核壳乳液.由于纳米粒子的小尺寸效应和大的比表面积,从而在漆膜表面形成了更加致密的涂膜,有效地阻止水、氧离子的透入,其耐碱性、耐洗刷性和附着力等性能优于普通涂料[2 2-3 1].崔岩等[2 7]以嵌段型干性油改性(甲基)丙烯酸聚酯制备嵌段共聚物,以该共聚物制备的分散相粒径<1 00 nm 乳胶涂料,具有 VOC 含量低、干燥快、漆膜机械强度高、附着力强以及防护性能优良、耐污染性好等优点,耐洗刷性大于 1 万次.利用分子自组装聚合技术制备了不饱和脂肪酸改性甲基丙烯酸聚酯纳米乳液,粒径为 1~1 00 nm,其耐洗刷性等性能有很大提高,可以达到 1 万次以上[1 7].
有机硅改性丙烯酸乳液
在水和混凝土碱催化剂作用下,硅烷首先发生水解生成硅羟基,然后在硅羟基之间、硅羟基与混凝土表面和毛细孔隙中的羟基之间进一步发生脱水缩合反应生成网状有机硅树脂,并通过稳定的硅氧键,将有机硅树脂链段牢牢地附着在混凝土表面及毛细孔道中[3 4],从而可以极大地增加乳胶涂料在墙壁表面的附着力,进而提高耐洗刷性.γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH5 70)分 子 呈 螺 旋 状 结 构,甲 基 向 外 排 列 并 绕Si—O 旋转,分子体积较大,内聚力密度低,从而赋予树脂耐粘、耐水、耐沾污等性能.KH5 70 分子与丙烯酸酯 共 聚 成 硅 丙 改 性 乳 液,将 键 能 较 高 的 Si—O(45 0 kJ/mol)键引入聚合物中,乳液的耐水性提高,粘度下降.李晓洁等[3 5]用含不饱和双键有机硅单体与丙烯酸酯单体共聚,制备高性能的改性丙烯酸酯乳液,KH5 70 的加入量为单体质量的 2.5%(质量分数)时,乳液的综合性能较好,用其配制的涂料各项性能优良,耐洗刷性达 2 万次以上.
特殊单体改性
具有支链结构及具有庞大的空间位阻结构的树脂链段相对于直链型的链段,具有伸展而彼此不缠绕的链结构,碳链相对较长且具有非极性和空间屏障结构,从而其水分散体具有更低的黏度,有利于提高乳胶涂料的固含量;同时能够降低乳液的表面张力,提高憎水性,从而提高涂膜的耐水性和致密性.在丙烯酸树脂配方中,加入甲基丙烯酸环型酯单体,可以在保持聚合物 T g、分子量、官能团量不变的情况下有效降低聚合物溶液黏度,这类物质主要有叔碳酸缩水甘油酯、叔碳酸乙烯酯(VeoVa)、甲基丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸叔丁基环己酯等[2 8].在共聚物结构中、VeoVa 单元的含量达到或者超过 20%时,就能保护共聚物中酯键免于水解,并具有良好的耐碱性,而适用于内墙涂料;当 VeoVa 的含量达到或超过 2 5%时,还能获得良好的耐候性,可用于外墙涂料.
结 语
未来,内墙乳胶涂料的主要发展方向如下:
(1) 开发多样化、结构特殊、成本更为低廉、性能更为优异的基料树脂,例如将耐磨性优异的有机硅树脂、聚氨酯树脂引入内墙乳胶涂料.
(2) 开发更为廉价易得的无机填料,进一步提高涂料的耐洗刷性能,同时不断降低涂料成本,例如进行废物再利用,将石英砂尾矿等废弃物作为无机填料用于乳胶涂料.
(3) 优化无机物掺杂工艺,使有机树脂与无机纳米粒子尽可能以化学键合的方式进行交联.
(4) 优化乳胶涂料的配方设计,进行不同种类基料树脂的物理复配,不同种类填料粒子的复配,从而获得最优的乳胶涂料配方.
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