水性油墨用納米ZnO雜化丙烯酸樹脂的研究進展

摘 要：納米ZnO/丙烯酸樹脂復合材料將有機相與無機相的優點結合在一起，使復合材料具有更好的性能。納米氧化鋅[1]具有極小的粒徑和極大的比表面積，顯示出很多優異的宏觀性能，使用納米氧化鋅為無機相來對有機聚合物進行雜化改性可以增加復合材料的強度、耐磨性、抗菌性、防老化及光學性能等。文章介紹了納米ZnO雜化改性丙烯酸樹脂的研究進展。

關鍵詞：納米ZnO；丙烯酸樹脂；雜化改性

1 概述

隨著工業化的發展，人們在改善生產及生活條件的同時，也對賴以生存的環境造成了污染和破壞。無論是哪個國家，都不同程度的受到了環境問題的困擾和威脅。整個地球面臨著全球變暖、水污染、大氣污染和沙漠化等的各種問題。正是基于人們意識到了環保的重要性，環保的印刷材料才逐漸受到人們的關注并研發。水性油墨也叫水基油墨，其是環保印刷材料中既古老而又新興的油墨，其是以水為溶劑制成的油墨。隨著對環保要求的逐漸提高，水性油墨受到了越來越多的關注。水性油墨是由樹脂連接料、顏料、助劑及水等物質組成的均勻漿狀膠黏體[2]。樹脂連接料是影響油墨印刷性能的關鍵因素，水性樹脂連接料品質的好壞直接影響著水性油墨的性能。丙烯酸樹脂是水性油墨中重要的連接料樹脂之一，它具有干凈、惰性、耐光、耐烘（不泛黃）、光澤好、穩定性高和流變性好等優點。但是傳統的油墨用丙烯酸樹脂存在耐水性不好、附著力不好等的缺點[3]，限制了它的進一步應用。近年來，隨著科技的不斷發展，人們對丙烯酸樹脂的改性越來越關注。無機納米材料與丙烯酸樹脂復合化是對丙烯酸樹脂進行改性的一個重要方法。通過將無機納米材料與丙烯酸樹脂的復合，實現性能的互補和優化，使改性后的丙烯酸樹脂具有優異的力學性能、電學性能、光學性能和熱學性能。在納米材料改性丙烯酸樹脂中常用納米SiO2、納米TiO2、納米CaCO3、和納米Fe2O3和納米ZnO等材料，可提高丙烯酸樹脂的附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能。針對目前開發的多種納米改性丙烯酸樹脂的研究情況，文章主要對納米ZnO改性丙烯酸樹脂的研究作介紹。

2 納米ZnO改性丙烯酸樹脂的制備方法

納米ZnO改性丙烯酸樹脂復合物可以通過物理共混法和原位聚合法制備。共混法易于控制改性復合粒子的形態和尺寸，但是存在納米ZnO粒子容易團聚的缺陷，從而導致，難以均勻分散在聚合物分散相中；原位聚合的方法既克服了納米ZnO顆粒在聚合物分散相中難以均勻分散的問題，又保持了納米ZnO的納米特性，使得復合物具有的優異的附著力、硬度、耐磨性及加工等性能。

2.1 物理共混法

物理共混法是將納米ZnO粒子直接與丙烯酸樹脂物理混合。共混前可以對納米ZnO進行表面處理，使得納米ZnO粒子的表面活性降低，從而減少納米ZnO粒子間的團聚，控制納米ZnO的尺寸，改善納米ZnO在丙烯酸樹脂中的分散性能。根據共混方式，物理共混法還可分為溶液共混法、乳液共混法、溶膠-樹脂共混法、熔融共混法和機械共混法。

溶液共混法是將樹脂溶于良溶劑中，再加入無機納米粒子，充分攪拌分散，最后成膜，除去溶劑制得。

乳液共混法是先制備樹脂乳液，再加入無機納米粒子均勻分散混合，接著除去溶劑而成。

溶膠-樹脂共混法是將無機物先形成溶膠再與有機樹脂溶液或乳液共混，發生凝膠化而形成雜化材料。

熔融共混法是將樹脂融體與無機納米粒子共混而制備的雜化體系。

機械共混法是采用各種機械方法如研磨攪拌等來制備雜化復合材料。

陳鑫[4]采用物理共混法制備了納米氧化鋅改性水性丙烯酸樹

脂。其采用了不同的改性劑如十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸偶聯劑、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷（MPTMS）、鈦酸酯偶聯劑等對納米氧化鋅進行了改性，之后將改性后的納米ZnO加入到水性丙烯酸樹脂乳液中，再加入其他助劑，用超聲波分散儀進行分散，混合均勻。提高了樹脂涂層的抗紫外能力、抗菌抑菌作用、耐候性、凍融穩定性和硬度。

2.2 原位聚合法

原位聚合法是將納米粒子分散于聚合單體或低聚物容易中，原位引發聚合生成納米/聚合物復合材料。根據聚合方式的不同，納米ZnO/聚合物復合材料的原位聚合法包括無皂液聚合、細乳液聚合及超聲乳液聚合等。

無皂乳液聚合是在聚合過程中完全不使用乳化劑或僅僅使用微量的乳化劑的乳液聚合。從而克服了反應結束后乳化劑吸附在乳膠粒表面，引發乳膠粒凝膠，使乳液穩定性變差；乳化劑在成膜過程中遷移到膜層表面，影響膜層附著力、耐水性等；及環境污染的諸多問題。

細乳液聚合的方法是使用了乳化劑，經過高壓均質工藝或高剪切力得到亞微米級的單體液滴分散體系，在單體液滴中進行聚合。

楊俊波[5]等研究了用于水性油墨中的納米氧化鋅改性的水性丙烯酸樹脂，并用該樹脂與其他組分混合配制出水性油墨。其將使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷處理納米氧化鋅得到硅烷偶聯劑改性的無機納米粒子，接著將該硅烷偶聯劑改性的無機納米粒子與丙烯酸類單體混合，該反應體系中還存在乳化劑、水、引發劑和聚乙二醇，在改性的納米氧化鋅存在的情況下引發丙烯酸類單體進行乳液聚合得到了納米氧化鋅改性的水性丙烯酸樹脂。采用硅烷偶聯劑對納米氧化鋅進行改性，使其能與丙烯酸類單體共聚，將納米氧化鋅和羥烷基引入到水性丙烯酸樹脂上，經改性后的納米氧化鋅直接參與聚合反應，在樹脂中能夠分散均勻，對水性丙烯酸樹脂的改性效果更好，以水性丙烯酸樹脂為主要連接料配制的水性油墨的膜層耐化學性和耐磨性均得到大幅的提升。

3 結束語

作為水性油墨的主要樹脂連接料類型，丙烯酸樹脂的改性受到越來越多的關注和研究。采用各種無機納米粒子/聚合物雜化改性的方法制備納米ZnO雜化水性丙烯酸樹脂，可以改善丙烯酸樹脂膜層的硬度、耐磨性及抗紫外線性能等，進一步提升了丙烯酸樹脂的綜合性能，擴大了其應用范圍。

參考文獻

[1]納米防水裝飾涂料[J].新型建筑材料，2003（4）：64.

[2]辛秀蘭，等.水性油墨（第1版）[M].北京：化學工業出版社：2-4+69-76.

[3]曹欣祥，陳士芳，曹力.水性丙烯酸樹脂的改性研究進展[J].粘結，2009（5）：71-75.

[4]陳鑫.納米氧化鋅改性水性丙烯酸涂料的制備與研究[J].工程科技Ⅰ輯，2012：21-34.

[5]楊俊波，楊志德.一種納米氧化鋅改性的復合型水性油墨及其制備方法[P].2015.