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用領域。根據不同的改性特點，可以克服水性丙烯酸酯的不足，制備出具有優異特性的復合型涂料樹脂。重點介紹了常見共聚或共混改性技術，同時結合新型的石墨烯和納米改性技術，展望未來水性丙烯酸酯涂料沿著環保，多功能化的發展趨勢。

關鍵詞：水性涂料;丙烯酸酯;納米改性

隨著社會經濟的發展，水性涂料的發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，成為不同領域的關注重心。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/無機復合涂料等，丙烯酸酯涂料發展尤為快速。丙烯酸酯涂料不僅可以提高材料的表觀硬度，而且具有優異的光澤性和保色性，廣泛應用于家電、日用品以及交通運輸等領域。

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用，如環氧樹脂改性、有機氟改性、有機硅改性、聚氨酯改性、交聯改性、石墨烯改性和納米材料改性等，簡述其機理和優缺點，并對其發展進行了展望。

水性丙烯酸樹脂的結構特點。性丙烯酸酯樹脂結構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，而且具有優異的光澤性。但在實際應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域。

1 環氧樹脂改性

由于環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接枝改性的方法，都可以得到兼顧兩者優勢的涂料，但由于兩者相容性較差，貯存期很短，穩定性不佳，因此通常采用化學接枝的方法。目前，采用環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壁涂層等。

2 有機氟化合物改性

由于有機氟材料具有優異的耐化學性、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、汽車工業和新型建筑等新興領域。例如法國的阿托菲納（ATOFINA）公司研發的有機氟化合物改性的水性丙烯酸涂料，已正式投產，并表現出良好的綜合性能。

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用于服裝工業和海洋工業，如紡織印花、皮革涂層、碼頭和海洋設施防腐等領域。

4 聚氨酯樹脂改性

由于聚氨酯樹脂單體結構眾多，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，而且具有優異的力學性能和耐化學性能，與其他改性樹脂相比，成本較低、使用方便，目前已實現連續性工業化生產，具有良好的商業價值。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用最廣泛的生產方法，在體系中添加的無機物引發單體聚合，從而得到復合樹脂。目前主要適用于汽車輪轂、膠黏劑、油墨、建筑涂料等領域。

5 交聯改性

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基礎點，通過外添加的交聯助劑或者產生內交聯的方式，可以大大提高成型涂層的力學性能和耐候性能。其中最常用的是雙丙酮丙烯酰胺，該單體容易與α-H發生交聯反應，因此可以與環氧、肼類端基小分子反應。據研究，己二酸二酰肼作為交聯劑，可以很好的與雙丙酮丙烯酰胺發生反應，通過兩者結合改性的水性丙烯酸酯涂層，不僅有良好的力學性能、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輕、高輕度，良好的導電和導熱性能等特點，因此通過石墨烯改性的水性丙烯酸樹脂不僅具有優異的耐化學性、力學性能和耐磨性能，而且固化后，可以獲得低可揮發性有機物及甲醛的涂層，具有良好的應用前景。

7 納米材料改性

由于納米材料具有獨特的尺寸效應，如界面效應，吸放光效應、化學活化效應等等，粒徑通常為10納米到1微米，因此成為了國內外的研究方向。通過化學改性的方法，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電、導熱、自清潔、抗菌等特殊功能。因此，未來以環保生產為核心，采用納米材料改性的水性丙烯酸樹脂，會應用于更多的領域。

8 結論

綜上所述，水性丙烯酸酯樹脂已廣泛應用于日常生活中，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點，同時改性后可以克服了應用上的不足，拓寬了丙烯酸酯樹脂的應用領域。隨著改性和表面處理技術的日益成熟，生產技術的提高，水性改性樹脂還會沿著綠色節能、環保化、多功能化和特種差異化等方向發展。

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