79-10-7 / 丙烯酸樹脂用于涂層方面的應(yīng)用

丙烯酸樹脂通常是丙烯酸酯類或甲基丙烯酸酯類的聚合物, 有時(shí)為了改性也會(huì)加入其它單體比如丙烯腈和苯乙烯。最常用到的丙烯酸酯類有丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯及丙烯酸-2-乙基己酯, 常見的甲基丙烯酸酯類有甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯及含更高級醇的酯類。樹脂既可以作為成型粉末使用, 也可以作為乳液使用, 而丙烯酸樹脂經(jīng)常與聚氨酯橡膠、環(huán)氧化物或硅樹脂等結(jié)合制成雜化樹脂來使用。丙烯酸樹脂具有成膜性好、強(qiáng)度高和黏接性強(qiáng)的特點(diǎn), 其應(yīng)用范圍越來越廣泛。

1 雜化涂層

近年來, 有機(jī)/無機(jī)雜化層憑借優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐磨性和耐腐蝕性而不斷引起人們的重視, 這些雜化層是將無機(jī)顆粒引入有機(jī)體中, 綜合了有機(jī)高分子和無機(jī)顆粒的優(yōu)勢[7,8]。采用末端封口的丙烯酸聚酯、1, 6-己二醇二丙烯酸酯、正硅酸乙酯和甲基丙烯酸三甲氧基甲硅丙烷基酯等合成出雜化涂層材料, 然后將該雜化材料涂覆在聚碳酸酯 (PC) 基底上并采用紫外光固化, 從而制備出以共價(jià)鍵連接無機(jī)和有機(jī)組分的網(wǎng)狀雜化膜[9]。

2 硅烷和硅氧烷類丙烯酸樹脂涂層

有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液是指將有機(jī)硅與丙烯酸酯乳液聚合技術(shù)結(jié)合起來, 用來制備高性能的硅丙乳液。有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂涂層, 改善了丙烯酸酯低溫易變脆, 高溫易發(fā)黏的缺點(diǎn), 改性后的涂層結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體, 不僅具有超耐候性, 還具有優(yōu)異的耐鹽霧、耐玷污性、耐洗刷性及耐溫變等性能。Park H S等[12]以丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯作為丙烯酸單體, 利用3-丙基三甲氧基硅烷 (MPTS) 作為有機(jī)硅單體進(jìn)行共聚反應(yīng)制備了丙烯酸樹脂涂層。通過調(diào)整MPTS的含量研究了硅含量對聚合物質(zhì)量、黏度以及熱穩(wěn)定性的影響, 通過一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試了涂層的黏附性、耐候性等性能, 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含有30%MPTS有機(jī)硅改性樹脂的耐候性最優(yōu)。

紫外光透明的光導(dǎo)纖維涂層所用的紫外光固化配方也在不斷發(fā)展。從單體反應(yīng)活性和紫外光透明度方面來比較, 聚二甲基硅氧烷—丙烯酸樹脂的性能是最出色的, 與之最匹配使用的是一種酰基氧膦物質(zhì), 因?yàn)槠浠钚愿?、光解速度? 并且很少吸附特定波長光固化時(shí)的副產(chǎn)物[13]。

3 石材防護(hù)涂層

大理石等石材都是建筑材料, 它們?nèi)菀资艿江h(huán)境危害而受損。丙烯酸樹脂能夠用作顏料載體同時(shí)還能保護(hù)建筑物的表面。自從20世紀(jì)50年代, 甲基丙烯酸乙酯和丙烯酸甲酯的共聚物就已被廣泛用于石材建筑物表面的保護(hù)材料。

研究人員在紫外光照射下研究了包含二氧化鈦的丙烯酸樹脂的光降解情況, 使用了不同濃度的兩種二氧化鈦, 銳鈦礦型、銳鈦礦型和金紅石型的混合物。采用傅里葉變換紅外光譜、凝膠滲透色譜和溶解性測定方法對照射前后的變化進(jìn)行了監(jiān)測, 發(fā)現(xiàn)銳鈦礦型二氧化鈦能夠顯著提高材料的光穩(wěn)定性[14]。二氧化鈦改性后的丙烯酸樹脂膜能夠用于暴露在紫外光下的白云石、白色大理石柱子及溴化鉀磁盤。在紫外光照射下降解的主要路徑是聚合物的鏈斷裂, 光降解速率可能與主鏈中酯基團(tuán)種類及α-甲基基團(tuán)的出現(xiàn)有關(guān)[15]。

丙烯酸樹脂與氟橡膠的混合物也是良好的石材保護(hù)材料。甲基丙烯酸乙酯和丙烯酸甲酯共聚物與偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物混合后制成膜, 然后采用傅里葉變換紅外光譜和傅里葉變換顯微紅外光譜研究了混合物在紫外光處理和熱處理前后情況。結(jié)果表明高含量的氟橡膠能夠增強(qiáng)這些混合物的穩(wěn)定性, 將該類混合物溶解在四氫呋喃中已成功用于意大利托斯卡納區(qū)盧卡的瑪麗亞教堂的大理石材表面防護(hù)[16]。

4 隔熱涂層

丙烯酸樹脂是制備隔熱涂層的重要材料, 研究人員已經(jīng)建立了固定域隔熱系統(tǒng)中散射參數(shù)與光屏蔽性質(zhì)之間的關(guān)系[17]。通過光譜技術(shù)評估了不透明狀態(tài)下的太陽輻射光學(xué)特性、轉(zhuǎn)換溫度、轉(zhuǎn)換過程及殘余透過率。半球的太陽光透射率在清晰狀態(tài)下為80%~87%, 在散射狀態(tài)下為75%~85%, 轉(zhuǎn)化溫度由室溫提高36%~70%, 會(huì)使漫透射率顯著提高14%~40%。轉(zhuǎn)換溫度在45~70℃時(shí), 隔熱樹脂表現(xiàn)出劇烈且快速的轉(zhuǎn)換過程。加入短鏈且直徑為0.5~3μm的添加劑顆粒, 能夠在轉(zhuǎn)換限以上顯著提高太陽光漫射透過率。長鏈分子的添加劑表現(xiàn)出各向異性的散射域, 類似直徑為50μm厚度為100~400 nm的扭曲盤子, 而盤狀散射特征顯示出增強(qiáng)的光屏蔽特性[18]。

5 防腐蝕涂層

采用甲磺酸為摻雜劑及過 (二) 硫酸銨為氧化劑, 通過化學(xué)氧化聚合反應(yīng)合成出聚苯胺[19]。聚苯胺分散在丙烯酸聚酯樹脂中用作紫外光固化的鍍鋅鋼表面涂層。電化學(xué)研究表明聚苯胺成為長期高活性的陽極, 防腐蝕作用的原理是其氧化還原行為有效促進(jìn)了修復(fù)腐蝕的過程。

水性鐵紅丙烯酸是較常用的一類自干型涂料, 具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐鹽水性、堅(jiān)韌牢固、附著力強(qiáng)、不燃不爆、無毒害且對環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn), 可與各類面漆配套使用, 其性能優(yōu)于紅丹醇酸和紅丹酚醛防銹涂料。該涂料常用于小型儀器、儀表和大型機(jī)械車輛船舶的涂裝防護(hù)。其它常見的防腐蝕涂層還有水性自交聯(lián)丙烯酸防腐涂層、耐酸雨有機(jī)硅改性丙烯酸涂層和水性聚氨酯改性丙烯酸木器涂層等。

6 其他方面用途的涂層

電子產(chǎn)品保護(hù)層。半導(dǎo)體裝置包含鐵電薄膜或高介電常數(shù)的介電薄膜, 這就需要用到表面涂層。該類涂層采用丙烯酸樹脂制成, 能夠有效防止半導(dǎo)體裝置中鐵電薄膜或高介電常數(shù)薄膜偏振特性的退化。

抗菌涂層。通過溶膠—凝膠法得到的Ag-Zn及Ag-Cu等Ag系抗菌粉體按比例添加到丙烯酸涂料中, 能夠得到具有優(yōu)良耐酸堿性、抗菌性和耐水性的抗菌涂層, 該涂層可廣泛應(yīng)用于制藥企業(yè)、食品加工企業(yè)及醫(yī)院等場所。
碳纖維涂層。碳纖維界面黏接丙烯酸樹脂后進(jìn)行電子束固化, 然后采用不同方法進(jìn)行表面氧化處理[20]。測定了單向復(fù)合材料的90°撓曲強(qiáng)度從而評定界面黏接度, 發(fā)現(xiàn)其數(shù)值較低, 這可能是由于界面作用力較弱。但是經(jīng)過二次硬化過程后, 撓曲強(qiáng)度顯著提高, 據(jù)此推測未進(jìn)行該過程時(shí), 電子束固化復(fù)合材料的橫向撓曲強(qiáng)度較低可能是形成了界面的緣故。
丙烯酸樹脂作為一種重要的涂層原料, 隨著制備技術(shù)不斷發(fā)展, 其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大, 我國作為丙烯酸樹脂應(yīng)用大國, 應(yīng)加大其應(yīng)用開發(fā)力度, 著重加大對高性能涂層用途丙烯酸樹脂的技術(shù)開發(fā)研究, 使其衍生產(chǎn)品得到進(jìn)一步發(fā)展。 (1) 依托國內(nèi)丙烯酸工業(yè)原料豐富的產(chǎn)業(yè)鏈, 通過改進(jìn)丙烯酸樹脂涂層的生產(chǎn)工藝, 來改善產(chǎn)品的質(zhì)量, 提高產(chǎn)品檔次, 擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。 (2) 同時(shí)要加大對特種丙烯酸樹脂涂層的投入力度 (如采用特殊的多官能團(tuán)交聯(lián)劑, 將丙烯酸樹脂與改性環(huán)氧樹脂、聚氨酯或硅樹脂等通過化學(xué)鍵牢固連接起來) , 加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程, 形成一定的規(guī)模, 豐富產(chǎn)品品種。 (3) 在開發(fā)新型丙烯酸樹脂的同時(shí), 還應(yīng)重視和加強(qiáng)其基礎(chǔ)理論的研究工作, 揚(yáng)長避短, 使之朝著更加完善的方向持續(xù)發(fā)展。

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