丙烯酸树脂涂料的研究

丙烯酸树脂涂料化学工程与工艺一班）
摘要：介绍了丙烯酸树脂涂料的用途；简述了丙烯酸树脂改性方法，展望了丙烯酸树脂的发展前景。

关键词：丙烯酸树脂纳米材料杂化改性UV固化
1、前言
丙烯酸涂料是由丙烯酸树脂、溶剂和颜料、填料以及助剂组成。

丙烯酸树脂是由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯等单体聚合而成，丙烯酸树脂具有色浅、透明度高、光亮丰满、涂膜坚韧、附着力强、耐腐蚀等特点，是常用的涂层材料。

由于丙烯酸树脂在特定场合存在一定的缺陷，如硬度、抗污染性、耐溶剂性、机械性能不够好以及成本偏高等，限制了它的进一步应用，因此国内外学者进行大量深入研究，有众多改性方法[1]。

2010 年国内丙烯酸及酯的产能分别达到117.9 万t/a、172.8 万t/a，我国已成为世界丙烯酸及酯的最大产国[2]，丙烯酸树脂及涂料产量也将居世界首位。

2、丙烯酸树脂涂料的用途
2.1 用于建筑涂料
如丙烯酸树脂建筑用乳胶漆，聚丙烯酸酯彩色涂料，防水涂料和外墙涂料。

聚丙烯酸酯彩色涂料的基料可用于制备清漆或者色漆，其制得的清漆或者色漆适合于内外墙装饰，具有色彩艳丽，耐水性，耐恶劣气候性强，漆膜柔韧，对环境无污染等特点。

2 ，2用于制备防腐涂料
水性铁红丙烯酸防锈漆，水性自交联丙烯酸防腐涂料，耐酸雨有机硅改性丙烯酸涂料，水性聚氨酯改性丙烯酸木器涂料。

水性铁红丙烯酸防锈漆是自干型涂料，其性能优于红丹酚醛防锈漆和红丹醇酸防锈漆。

该漆具有优良的耐盐水性，耐腐蚀性，漆膜附着力强，坚韧牢固，可与各类面漆配套使用，且无毒害，不燃不爆，对坏，境污染少，便于储藏运算和施工涂料。

该涂料主要应用于大型机械车辆船舶与小型仪器仪表的涂装。

2，3 用于导电功能丙烯酸涂料
丙烯酸--石墨导电涂料，丙烯酸—聚苯胺防腐导电涂料，塑料制品用丙烯酸防静电涂料
丙烯酸—石墨导电性涂料具有良好的导电性，对陶瓷表面具有良好的附着力，其优点在于不污染环境价格低廉，主要用于电磁屏蔽的涂覆。

,2，4 光学涂料
溶剂型丙烯酸荧光涂料，丙烯酸夜光涂料，聚合物水泥长余辉蓄能发光涂料，丙烯酸紫外光固化光纤带涂料。

溶剂型丙烯酸荧光涂料，聚丙烯酸树脂无色透明且透光性良好，特别是对紫外光透过率高，耐水耐碱性好，其作为主要成膜物添加荧光颜料制成荧光涂料，施工性好，漆膜鲜艳，使用时间长。

可用于建筑涂料装潢设计铁路公路人造景观等。

,2，5 抗菌涂料
食用用型无机抗菌涂料，防氡抗菌苯丙乳液建筑涂料，纳米氧化锌—苯丙乳液抗菌涂料，纳米银粉抗菌涂料。

食用用型无机抗菌涂料，由溶胶—凝胶法制备的Ag系 Ag—Zn系及Ag—Cu 系无机抗菌粉体可添加与丙烯酸涂料中得到抗菌性耐酸性耐碱性和耐水性优良的抗菌涂料。

该涂料可广泛应用于食品厂酿造厂制药厂及医院等场所。

2丙烯酸树脂改性技术发展
针对丙烯酸树脂涂料存在的抗污染性低，机械性能不够好等缺陷，利用有机硅、有机氟、环氧树脂、聚氨酯、纳米材料等对丙烯酸树脂进行改性,赋与它不同的新性能，能够较好的提高丙烯酸树脂涂料的性能,国内报道的文献较多[4-5]。

3.1 纳米材料改性
纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质，可以使材料获得新的功能。

涂料中添加纳米颜填料后，由于纳米颜填料粒子能够吸收紫外光，起到紫外光吸收剂的作用，增强涂料的耐老化性能，同时还具有光催化性能、疏水疏油性能、高韧性、高耐擦洗性、高附着力等，故可使涂料的耐候性得到大幅度的提高。

近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米材料已广泛地应用于丙烯酸树脂改性，使其各项性能获得提高。

除此之外，纳米材料改性的丙烯酸树脂还呈现出如自清洁、抗静电、抗菌杀菌和吸波隐身等特殊性能，使丙烯酸酯乳液向着环保方向发展[6]。

纳米材料改性丙烯酸树脂的开发已成为近年来国内外研究的新热点。

SPGumfekar等[7]用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯/纳米CaCO3（平均粒径53 nm）进行原位乳液聚合，制成P（MMA-BA）的纳米复合乳液，以不同的比例和醇酸乳液杂化改性，除了耐冲击性能有点弱化外，涂膜的光泽、附着力、硬度均有明显改进。

试验证实，在MMA∶BA=1∶1，纳米CaCO3用量4%，醇酸乳液占50%（均为质量分数）的配方，可以获得最佳性能。

马国章等[8]利用纳米SiO2 表面上的Si—OH 和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚丙二醇、丙烯酸羟乙酯进行原位聚合，制备纳米SiO2 /PU- 丙烯酸酯聚合物，纳米材料分散好，无团聚，可以UV 固化，改进了涂膜的耐热性和硬度。

3.2 丙烯酸-醇酸树脂杂化改性
对水性醇酸树脂涂料改性的研究工作，以丙烯酸改性为多。

用丙烯酸改性水性醇酸树脂，希望能综合醇酸乳液的高光泽和对木材等底材渗透性好、丙烯酸乳液的快干和保光保色性好的优点，克服醇酸乳液干燥慢等缺点。

如果将丙烯酸乳液和醇酸乳液采取简单的机械混和，也不采取其他措施，搅拌停止后就会很快分层。

采用杂化（hybrid）工艺，可以较好克服这个弱点。

近年来，国内外对丙烯酸-醇酸乳液树脂杂化改性的报道较多，可以是在醇酸树脂低聚物存在下，丙烯酸单体进行聚合，然后乳化；也可以是丙烯酸乳液存在下，滴加醇酸树脂低聚物进行聚合。

可以是常规乳液聚合，也可以借助添加低相对分子质量的PMMA 进行细乳液聚合，以进一步提高体系的稳定性和涂膜的性能 [9-11]。

3.3 UV 固化水性丙烯酸系涂料的改进
(1) 紫外光（UV）固化丙烯酸酯涂料
UV 固化涂料具有高涂装效率、低VOC、较好性能的优点，发展较快。

有阴离子固化和阳离子固化2 种类型，而以前者应用较多。

树脂分子中含丙烯酰氧基是产生自由基、进行UV 固化的前提。

常用的品种有丙烯酸-聚酯、丙烯酸-环氧、丙烯酸-聚氨酯、丙烯酸-有机硅等。

以丙烯酸-环氧消费量高，如2009 年全国生产与消费UV 固化树脂5.85 万t，丙烯酸-环氧树脂占2.9 万t，几占一半 [12]。

为提高UV 固化涂料的耐候性、抗沾污性、化学抗性，用氟材料改性UV 固化丙烯酸的研究较多，技术途径多样。

氟化丙烯酸酯如全氟烷基乙基丙烯酸酯已商品化，从它出发可以制含氟的UV 固化的丙烯酸酯涂料、丙烯酸-环氧涂料，可以明显提高耐候性和抗沾污性。

氟化多元醇和多异氰酸酯反应制成端NCO 预聚物，再引入丙烯酰氧基，可制成UV 固化聚氨酯-丙烯酸酯涂料[13-14]。

也可用氟化多异氰酸酯合成丙烯酸-聚氨酯UV 固化涂料，只是氟化多异氰酯单体成本高，影响产业化。

有报道[15]，利用含Si—H 键的有机硅单体和氟化丙烯酸酯的双键进行硅氢化加成反应，同时进行含氟硅材料改性，制成可UV 固化的涂料，以期提高涂料的耐性和耐热性能。

纳米二氧化硅改性聚氨酯-丙烯酸涂料，经UV 固化，可提高涂膜的热稳定性、硬度、耐磨性和化学抗性。

(2)UV 固化水性丙烯酸涂料的改进
围绕UV 固化水性丙烯酸-聚氨酯树脂的改进，有一些报道[16-17]。

张胜文等[18]用纳米SiO2和聚氨酯丙烯酸反应制成纳米复合乳胶液，经分析证实，纳米粒子在乳液分散体中无团聚现象，对UV 固化涂膜的微结构进行分析与观察，纳米粒子均匀地分散在聚氨酯-丙烯酸的基体中，为改进涂膜的热稳定性、硬度等性能提供了前提。

褚夫强等[19]分别合成聚氨酯-丙烯酸与环氧-丙烯酸两种水分散体，然后混合使用，相混性良好，UV 固化速度提高；加入20%（质量）的聚氨酯-丙烯酸水分散体，涂膜的断裂伸长率可提高1.5 倍，光泽也大为提高。

基本上能达到优势互补，可综合二者的优点，能明显提高综合性能。

闵绍进等[20]分别合成环氧
-丙烯酸乳液和环氧乳液，将二者按一定比例混合，利用UV 和热双重固化工艺，涂膜硬度可达3H，提高了耐水性、附着力、耐擦洗性能。

3、展望随着时代的发展和人类的进步，环境保护问题已越来越受到人们的普遍重视。

由于传统的低固含量溶剂型涂料含有50％左右的溶剂，这些溶剂在涂料制造及施工阶段排入大气，污染环境，危害人类健康。

因此，世界各大涂料公司纷纷开发环保型涂料，即开发省资源、省能源、无污染的水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料，成为一种发展趋势.
其中重点是水性丙烯酸树脂涂料，国外的发展方向是开发提高外观质量、满足环保法规的新型高性能涂料用乳液。

确立颜料分散技术和多元化技术及水性涂料的制造技术，开发耐酸碱性、耐擦伤性的水性清漆。

在水性丙烯酸涂料中，得到广泛应用的是丙烯酸乳胶涂料。

在这一领域日本研究较早，目前，其着重点是在涂料的功能上加以突破，同时注重降低成本。

随着现代高层建筑的兴起，对建筑涂料的耐候性要求也逐渐提高。

因此，高耐候性涂料的研究成为发达国家研究比较活跃的领域。

由于有机硅改性丙烯酸涂料的耐候性可以与含氟树脂媲美，而其耐沾污性优于含氟树脂涂料，成本也只有含氟树脂涂料的三分之一，可能成为今后超耐候涂料的发展方向。

4 结语
丙烯酸树脂不仅是涂料的成膜基料，亦可作为颜填料在涂料中的润湿分散剂，丙烯酸涂料的前景非常诱人。

水性和UV 固化的丙烯酸树脂及涂料发展很快，产量在低污染涂料中名列前茅。

氟硅材料、纳米材料改性、多重复合、双重固化等技术研究与应用，不仅明显改进水性丙烯酸涂料和UV 固化丙烯酸涂料的性能，而且为进一步研究开发质量更高的复合型丙烯酸系树脂及涂料展示了广阔的途径。