聚丙烯酸酯涂層的制備與應(yīng)用分析*

劉桃鳳

（泉州海洋職業(yè)學(xué)院 海洋工程學(xué)院，福建 石獅 362700）

0 引言

涂料品種繁多，其中聚丙烯酸酯涂料憑借成本低廉、成膜性好而成為涂料發(fā)展的熱點(diǎn)[1]。聚丙烯酸酯涂層是一種常用的功能性涂層，具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕、耐熱、耐磨損等性能。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，聚丙烯酸酯涂層在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了滿足不同領(lǐng)域?qū)郾┧狨ネ繉拥牟煌螅剿魍繉拥闹苽浞椒ê蛻?yīng)用性能是很有必要的。本文對(duì)聚丙烯酸酯涂層的制備與應(yīng)用進(jìn)行了闡述，分析當(dāng)前聚丙烯酸酯涂層在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況，針對(duì)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的典型問(wèn)題提出解決方法，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。

1 聚丙烯酸酯涂層的制備方法

聚丙烯酸酯涂層制備方法很多，較為成熟的方法有溶液法、懸浮液法、電化學(xué)沉積法等，各種制備方法均有各自特點(diǎn)。

1.1 溶液法

將聚丙烯酸酯粉末加入有機(jī)溶劑中，如甲苯、丙酮等，制備成聚丙烯酸酯溶液，并在聚丙烯酸酯溶液中加入適量的交聯(lián)劑，如丙烯酸、甲基丙烯酸等，以提高涂層的耐久性和機(jī)械強(qiáng)度[2]，而后在混合好的溶液中慢慢加入如十二烷基苯磺酸鈉等穩(wěn)定劑以保證涂層的穩(wěn)定性和均勻性，將混合好的溶液攪拌均勻，使其成為均勻的涂層溶液。在需要涂覆的表面上，利用刷子、噴霧器等涂布裝置，將涂層溶液均勻地涂布在表面上，待涂層干燥凝固，即可得到一層均勻的聚丙烯酸酯涂層。

該方法制備的涂料價(jià)格相對(duì)比較貴，若為溶劑型溶液則制備過(guò)程消耗溶劑，需要將溶劑回收，設(shè)備利用率低，導(dǎo)致成本增加，同時(shí)也存在溶劑導(dǎo)致環(huán)境污染等問(wèn)題。

1.2 懸浮液法

準(zhǔn)備聚合物懸浮液，將聚丙烯酸酯粉末加入水中，并加入適量的分散劑和穩(wěn)定劑，攪拌均勻形成懸浮液；調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，控制懸浮液中聚合物顆粒的粒徑和濃度，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和pH值，調(diào)節(jié)引發(fā)劑的用量和種類(lèi)，以控制聚合反應(yīng)的速率和質(zhì)量[3]。涂覆制備是將待涂覆基材浸泡于聚合物懸浮液中，使其表面吸附一層聚合物顆粒，然后將其干燥或烘干，形成聚丙烯酸酯涂層。聚丙烯酸酯涂層的膜層厚度通常在數(shù)十微米至數(shù)百微米之間，可以通過(guò)不同的涂覆工藝進(jìn)行調(diào)控。較大的膜層厚度可以提高涂層的耐磨性、耐腐蝕性和抗壓強(qiáng)度，但同時(shí)也可能降低涂層的柔韌性和耐沖擊性。部分產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)還需對(duì)所制備的聚丙烯酸酯涂層進(jìn)行后處理，如熱處理、紫外線照射等以提高其性能和穩(wěn)定性。

1.3 電化學(xué)沉積法

電沉積有機(jī)涂層工藝是一種常用的表面處理技術(shù)，它可以在金屬表面上形成一層有機(jī)涂層。電解液準(zhǔn)備：將丙烯酸酯單體與溶劑混合，加入電解質(zhì)，使其成為適宜的電解液；基材準(zhǔn)備：將待涂層的基材表面清潔干燥，并在表面形成一層金屬導(dǎo)電層，以便于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；進(jìn)行電化學(xué)沉積：將準(zhǔn)備好的電解液倒入電化學(xué)池中，將基材放置于電解液中，通過(guò)施加電壓使電流在基材表面產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，從而在基材表面沉積聚丙烯酸酯薄膜；涂層處理：將沉積好的聚丙烯酸酯涂層進(jìn)行后續(xù)處理，包括去除電解液、清洗、烘干等步驟，使其完全形成穩(wěn)定的涂層。

用該方法制備的聚丙烯酸酯涂層可以提高被涂覆金屬的耐化學(xué)性和耐高溫性，但這種方法對(duì)于理想的、復(fù)雜組織的薄膜材料有一定的難度，可能因未達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)而導(dǎo)致生產(chǎn)的涂層使用性能降低。

2 聚丙烯酸酯涂層的應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題解決方案

2.1 聚丙烯酸酯涂層的應(yīng)用

在化工、石化、電力、水利、船舶等行業(yè)中，聚丙烯酸酯涂層被廣泛應(yīng)用于管道、儲(chǔ)罐、設(shè)備等的內(nèi)部和外部防腐保護(hù)。其優(yōu)異的耐腐蝕性能可以有效地防止化學(xué)介質(zhì)對(duì)設(shè)備和管道的侵蝕，延長(zhǎng)其使用壽命。在光學(xué)涂層領(lǐng)域，例如在攝影、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、激光器、太陽(yáng)能電池、LED燈等方面都有著重要的應(yīng)用，用于光學(xué)涂層可以提高透過(guò)率、增強(qiáng)反射率、改善色彩和對(duì)比度等光學(xué)性能，同時(shí)還可以保護(hù)光學(xué)元件表面免受氧化、腐蝕和機(jī)械損傷的影響。聚丙烯酸酯涂層在鋰離子電池的正極材料中發(fā)揮重要作用，可以作為一種保護(hù)層，有效防止電池正極材料與電解液之間發(fā)生直接接觸，從而在一定程度上減緩正極材料的腐蝕和劣化，有效延長(zhǎng)電池的使用壽命。還可以提高電池正極材料的電化學(xué)性能，在提高其循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率方面有明顯效果。此外，聚丙烯酸酯涂層還可以用于燃料電池中的電極材料。

在建筑領(lǐng)域，聚丙烯酸酯涂層可以用于墻體、屋頂、地板等建筑材料的防水、防污、防腐蝕等方面，提高建筑物的耐久性和美觀度。在汽車(chē)制造領(lǐng)域，聚丙烯酸酯涂層可以用于汽車(chē)油箱、排氣管、車(chē)身等部位的防腐蝕、防刮花等方面，提高汽車(chē)的使用壽命和外觀質(zhì)量。在食品包裝領(lǐng)域，聚丙烯酸酯涂層可以用于食品包裝袋等包裝材料的防潮、防氧化、保鮮等方面，保證食品的質(zhì)量和安全。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，聚丙烯酸酯涂層可以用于醫(yī)療器械的防腐蝕、抗菌等方面，提高醫(yī)療器械的安全性和衛(wèi)生性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如在人工關(guān)節(jié)和牙科植入物等醫(yī)療器械上，聚丙烯酸酯涂層可以增強(qiáng)器械表面的生物相容性，并減少其與周?chē)M織的摩擦，還可以提供更好的抗菌性能，減少術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 聚丙烯酸酯涂層常見(jiàn)問(wèn)題解決方案

聚丙烯酸酯涂料具有良好使用性能，屬于一種新型優(yōu)質(zhì)涂料。其性能主要有：光澤度好，可以制成水白色清漆或者是純白色的白磁漆；耐光性好，在紫外線照射下不會(huì)變黃或者發(fā)生分解，可以長(zhǎng)時(shí)間維持原有色澤；耐熱性好，能夠作為中性涂料，與鋁粉和銅粉等混合，具有金銀一樣色澤，抗酸堿腐蝕，耐油脂；且能夠長(zhǎng)期貯存，不會(huì)發(fā)生變質(zhì)等情況。

但在高溫高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等惡劣環(huán)境下，聚丙烯酸酯涂層容易出現(xiàn)劃痕、剝落等現(xiàn)象。因此，通常需要在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)添加硬度劑、改變涂層結(jié)構(gòu)等方式來(lái)提高涂層的表面硬度。此外，在長(zhǎng)期的紫外線、高溫等環(huán)境下，涂層容易出現(xiàn)變色、老化等現(xiàn)象，影響使用壽命。因此，需要通過(guò)添加穩(wěn)定劑、改變涂層配方等方式來(lái)提高涂層的耐候性。

針對(duì)聚丙烯酯涂層在相關(guān)應(yīng)用中出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題，提出以下幾點(diǎn)處理措施。

2.2.1 聚丙烯酸酯涂層的附著力不夠強(qiáng)，易剝落

⑴ 表面處理：在涂覆前對(duì)基材表面進(jìn)行處理，如噴砂、酸洗、電離等可以增加涂層與基材的黏結(jié)力。

⑵ 選擇合適的底漆：底漆的選擇對(duì)涂層的附著力有很大影響，應(yīng)選擇與聚丙烯酸酯涂料相兼容的底漆以提高其附著力。

⑶ 增加涂層厚度：適當(dāng)增加涂層厚度可以提高附著力，但過(guò)厚的涂層可能會(huì)導(dǎo)致表面開(kāi)裂，須選擇合適的涂層厚度。

⑷ 選擇合適的固化劑：固化劑的選擇也對(duì)涂層附著力有影響，應(yīng)根據(jù)涂料的特性選擇合適的固化劑，并注意固化時(shí)間和溫度的控制。

⑸ 檢查施工工藝：施工過(guò)程中應(yīng)注意涂層的均勻性和涂層間的干燥時(shí)間，避免因不當(dāng)?shù)氖┕すに嚩绊懲繉痈街Α?/p>

2.2.2 聚丙烯酸酯涂層的耐腐蝕性不佳

⑴ 優(yōu)化涂層配方：通過(guò)調(diào)整聚合物種類(lèi)、添加防腐劑等手段，改善涂層的耐腐蝕性能。

⑵ 提高涂層厚度：增加涂層的厚度可以提高其耐腐蝕性能，但需要考慮到涂層厚度的限制，以免影響涂層的附著力和使用壽命。

⑶ 加強(qiáng)表面預(yù)處理：在涂裝之前，對(duì)基材表面進(jìn)行鈍化、噴砂等處理，可以有效提高涂層與基材的附著力，同時(shí)也有助于提高涂層的耐腐蝕性能。

⑷ 引入新型涂裝技術(shù)：如電泳涂裝、噴涂熱噴涂等技術(shù)能夠提高涂層的均勻性和密度，從而提高其耐腐蝕性能。

2.2.3 聚丙烯酸酯涂層的色澤不均勻

⑴ 涂料混合均勻：在使用涂料前，應(yīng)將涂料容器充分?jǐn)嚢瑁_保涂料混合均勻。⑵ 嚴(yán)格控制涂料配比：按涂料說(shuō)明書(shū)中的比例和要求進(jìn)行配比，確保涂料黏度一致。

⑶ 涂料施工均勻：在涂料施工過(guò)程中，注意涂料刷涂的方向、厚度和次數(shù)等細(xì)節(jié)，確保涂料施工均勻，避免出現(xiàn)色差。

3 聚丙烯酸酯涂層的改性及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 聚丙烯酸酯涂層的改性

聚丙烯酸酯涂層的性能提升目前有很多研究方向，綜合起來(lái)主要分為兩個(gè)方面：

一方面通過(guò)改變聚丙烯酸酯材料的成分來(lái)提高涂層的性能。例如添加一定比例的納米顆粒或納米填料可以增強(qiáng)涂層的硬度和耐磨性。也可以通過(guò)添加適量的功能性添加劑來(lái)改善聚丙烯酸酯涂層的性能，例如：添加紫外線吸收劑或抗氧化劑，可以提高涂層的耐候性和耐老化性能；添加抗菌劑或防腐劑，可以增強(qiáng)涂層的抗菌和抗腐蝕性能。

另一方面，采用適當(dāng)?shù)闹苽涔に噥?lái)提高涂層的性能。例如：通過(guò)調(diào)整聚丙烯酸酯的交聯(lián)程度，可以提高涂層的耐腐蝕性能和耐化學(xué)侵蝕性能；采用溶液共混法制備聚丙烯酸酯涂層可以提高涂層的均勻性和密實(shí)性；采用真空蒸發(fā)法或離子束沉積法制備聚丙烯酸酯涂層可以得到更高質(zhì)量的薄膜。此外，有些研究人員還通過(guò)表面處理來(lái)提高聚丙烯酸酯涂層的附著力。例如，使用等離子體處理或化學(xué)處理方法可以增加涂層與基材之間的界面黏結(jié)力，提高涂層的耐剝離性能。

3.2 聚丙烯酸酯涂料發(fā)展趨勢(shì)

在新型涂層的研發(fā)方面，一方面是注重其環(huán)保性能，另一方面則是對(duì)其使用性能的優(yōu)化和多功能化。

在環(huán)保性能方面，新型聚丙烯酸酯涂層的研發(fā)主要集中在減少揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）的含量，采用低VOC技術(shù)生產(chǎn)，以達(dá)到減少對(duì)環(huán)境和人體健康的影響。同時(shí)，還可以利用可再生、可降解的材料，如生物質(zhì)、淀粉等，開(kāi)發(fā)出綠色環(huán)保型的涂料，以滿足人們對(duì)環(huán)保的要求。

在使用性能方面，新型聚丙烯酸酯涂層的研發(fā)主要集中在提高涂層的耐熱、耐腐蝕、耐磨損等性能，以滿足不同領(lǐng)域的需求。比如在汽車(chē)、機(jī)械等領(lǐng)域，需要開(kāi)發(fā)出高溫耐腐蝕的涂層，以保護(hù)設(shè)備不受腐蝕和熱量的影響；在建材、家具等領(lǐng)域，則需要開(kāi)發(fā)出抗刮、耐磨損的涂層，以延長(zhǎng)其使用壽命。

隨著涂料行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要，聚丙烯酸酯涂料從溶劑型發(fā)展向水性涂料方向發(fā)展。水性涂料工藝技術(shù)起步較晚，當(dāng)前其工藝逐漸發(fā)展成熟，有著環(huán)保和節(jié)能等特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代涂料的一個(gè)主要發(fā)展方向，目前其品種、功能和用途越來(lái)越完善。

廣闊的應(yīng)用前景充分顯示了水性涂料旺盛的生命力，目前正向多功能化、綠色化更高更強(qiáng)方向發(fā)展。張穎君[4]等以水性丙烯酸樹(shù)脂為成膜物質(zhì)，聚苯胺和鱗片石墨為復(fù)合填料，在鎂合金表面制備涂層具有對(duì)腐蝕截止的抵擋作用，同時(shí)達(dá)到對(duì)基體的緩蝕功能，增強(qiáng)涂層防護(hù)性能。周冶錫[5]等通過(guò)先合成帶呋喃官能團(tuán)的丙酸酯單體，再與常用的丙烯酸單體無(wú)皂乳液共聚合，得到水溶性聚丙烯酸酯交聯(lián)膜，再進(jìn)行鏈段改性，制備成具有較好自修復(fù)功能的交聯(lián)膜。該交聯(lián)膜不僅具有較好的耐熱性和機(jī)械性能，而且其涂層表面劃痕和微裂紋自修復(fù)技術(shù)具有廣泛的發(fā)展前景。

4 結(jié)語(yǔ)

聚丙烯酸酯涂層具有低成本且耐磨損性、耐腐蝕的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，例如用于防腐涂料、電子元件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，然而目前在涂層附加多功能和環(huán)保發(fā)展等方面仍有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步探究，如如何提高該涂層的抗紫外線性能、耐高溫性能、自修復(fù)等。因此，需要不斷優(yōu)化聚丙烯酸酯涂層的制備工藝，改進(jìn)聚丙烯酸酯涂層的使用性能，以滿足不同領(lǐng)域的需求，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。