绿色涂料的研究新进展和方向（二）
3 现代木器涂料 现代木器涂料主要包括水性木器涂料和紫外光固化木器涂料水性木器涂料主要有聚丙烯酸酯和聚氨酯两大类而紫外光固化涂料则由于具有涂膜光亮平整耐酸碱等优点有良好的打磨抛光性能正成为高档木器涂料的一个重要发展方向。 3.1 水性木器涂料 3.1.1 丙烯酸木器涂料 常规丙烯酸乳液木器涂料具有固体含量高干燥速度快硬度高成本低及耐候性好等优点但存在成膜性差不耐溶剂及热黏冷脆等不足需要进行改性。 在丙烯酸乳液聚合过程中引入可交联的基团如氨基乙酰乙氧基酰胺基双丙酮基等通过自交联提高涂膜的耐化学性能改善聚合物的形态采用无皂乳液聚合工艺可制成丙烯酸微乳液当乳液粒径在100nm以下时表面张力低对底材具有极好的渗透性润湿性流平性和流变性使所涂物件具有高质量的加工性对木器具有极好的装饰性。 3.1.2 聚氨酯水性木器涂料 水性聚氨酯涂料有单组分和双组分之分单组分属热塑性树脂聚合物相对分子质量较大成膜过程中不发生交联方便施工双组分水性聚氨酯涂料由含NCO基的交联剂(也称A组分)和含羟基的水性树脂(也称B组分)组成施工前将二者混合均匀成膜过程中发生交联反应涂膜性能好。 (1)单组分聚氨酯水性涂料 通过交联或复合改性基料来提高涂料性能选用多官能度的原材料如多元醇多异氰酸酯和多元胺等合成具有交联结构的水性聚氨酯分散体添加内交联剂如碳化二亚胺甲亚胺和氮杂环丙烷类化合物采用热活化交联紫外光交联和自氧化交联等与环氧树脂复合将环氧树脂的较高的支化度引入到聚氨酯主链上可提高{TodayHot}乳液涂膜的附着力干燥速率涂膜硬度和耐水性与丙烯酸复合将聚氨酯的较高的拉伸强度和抗冲强度优异的柔性和耐磨损性能与丙烯酸树脂的外观美成本低相结合制备高性能低成本的聚氨酯-丙烯酸(PUA)复合乳液。 (2)双组分水性聚氨酯涂料(WPU)为了提高A组分在水中的分散能力常采用离子型或非离子型或二者结合的亲水组分作为内乳化剂但这样会降低固化剂的官能度增加体系的亲水性降低涂膜的耐水性最近开发的叔异氰酸酯固化剂如偏四甲基苯基二异氰酸酯与三羟甲基丙烷的加成物可制备无气泡涂膜克服上述缺陷。 水性聚氨酯的B组分通常采用乳液型多元醇(粒径在0.08-0.5/m之间)如丙烯酸乳液多元醇其特点为涂膜在室温下干燥速度快成本低但存在乳液的分散能力差涂膜外观不理想等缺点分散体型多元醇(粒径小于0.08/m)称为第二代水性羟基树脂包括聚酯多元醇丙烯酸多元醇和聚氨酯多元醇等将丙烯酸聚合物接枝到聚酯分子链上制备聚酯-丙烯酸杂合分散体多元醇可以提高聚酯链的耐水解性由此配制的涂料具有良好的综合性能聚氨酯多元醇分散体是双组分聚氨酯涂料理想的羟基组分。 水性木器涂料的研究新方向主要体现在以下几方面依靠分子设计和聚合物分子裁剪技术在水性聚合链上引入特殊功能结构的组分如含氟含硅聚合物赋予聚合物涂膜多功能性进一步完善和发展高性能无缺陷水性木器涂料体系。 3.2 紫外光固化木器涂料 紫外光固化技术主要包括传统的自由基光固化体系和新发展的阳离子光固化体系基本上由光引发剂光固化树脂活性稀释剂和其他添加剂等部分组成。 3.2.1 光引发剂 自由基光引发剂有分裂型和提氢型两类前者受光激发后分子内分解自由基是单分子光引发剂以安息香醚为代表后者需要和一种含活泼氢的化合物配合{HotTag}通过夺氢反应形成自由基是双分子光引发剂二苯酮为其代表。 安息香双甲醚与许多单体或预聚物有良好的混溶性并且没有活泼的氢原子具有优异的贮存稳定性和热稳定性。 二苯甲酮以叔胺(如三乙醇胺)作为活性供氢体具有很高的固化速度米蚩酮与二苯甲酮组合可得到一种非常便宜而高效的引发体系但米蚩酮自身具有颜色和毒性的缺点为了克服其毒性可采用美国第一化学公司开发的NN-二甲乙胺基二苯甲酮作为替代品。 鎓盐是一种新型稳定非吸水性且高效的阳离子光引发剂其在光照下分解成离子基和自由基可同时引发阳离子聚合和自由基聚合二芳基碘鎓盐三芳基硫鎓盐和二茂铁盐在紫外光固化中已有应用实际应用中常常使用复合光引发剂来扩展吸收峰范围提高光固化效率。 3.2.2 光固化树脂 光固化树脂中含不饱和官能团的预聚物对漆膜的性能有决定性作用其官能团的种类影响涂料的固化速度环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯性能优异是目前最重要的预聚物阳离子光固化树脂主要是环氧化合物和乙烯基醚化合物。 双酚A型环氧丙烯酸酯预聚物分子结构中含有苯环刚性大赋予漆膜高硬度高光泽优异的机械性能和耐化学品性能但存在耐候性差脆性大等缺点聚氨酯丙烯酸酯预聚物分子中的氨酯键使得高聚物分子链间能形成多种氢键因而涂膜具有优异的柔韧性耐磨性耐化学品性和耐高低温性能实际上以上两种预聚物配合使用可得到性能互补的光固化涂料。 双酚A环氧树脂是最常用的阳离子光固化环氧化合物但聚合速度较慢黏度较高脂肪族环氧化合物中34-环氧环己基甲酸酯最常用其黏度低固化快收缩少可与双酚A环氧树脂配合使用。 3.2.3 活性稀释剂 活性稀释剂调节体系的黏度具有较高活性成膜时与预聚物共聚成为聚合物膜的组成部分活性稀释剂有单官能团单体和多官能团单体两类。 单官能团稀释剂中包含一个反应性基团如苯乙烯乙烯基吡咯烷酮丙烯酸异辛酯丙烯酸环己酯丙烯酸羟乙酯等多官能团稀释剂至少包含两个丙烯酸基团不仅用作稀释剂而且还在固化时起交联剂的作用对涂膜的性能有重大影响增加稀释剂的官能度会加速固化过程提高交联密度涂膜硬度增加但柔韧性下降并导致涂膜中含有较多的残留稀释剂常用的双官能团和三官能团稀释剂有二缩三丙二醇二丙烯酸酯16-己二醇二丙烯酸酯三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等实际生产中为了得到满意的综合性能常常将单双三官能团稀释剂配合使用Bongiovann等人最近的研究表明在体系中加入少量的含氟稀释剂聚合时将富集在涂膜表面可以大幅改进涂膜的疏水性耐化学品性和抗划伤性。 3.2.4 其他添加剂 光敏剂和光增感剂是光固化涂料中特有的助剂光敏剂是指吸收光能后能将能量转移给光引发剂的物质大部分光敏剂为有机络合物吸收可见光区能量与光引发剂在不同的光谱部分吸收能量因此光敏剂与引发剂配合常能达到更有效利用光源的目的光增感剂则可以产生抗氧作用提高固化速度常用的有胺类和酚类将二者混合使用抗氧效果显著增强此外其他涂料中用的分散剂流平剂消泡剂等助剂以及制备色漆的颜料等也必不可少光固化涂料对这些助剂及颜料具有更高要求必须考虑它们对紫外光固化体系聚合成膜过程及涂膜性能的影响。 4 高固体分涂料粉末涂料及功能型涂料 4.1 高固体分溶剂型涂料 一般固体分含量在65%-85%的涂料便可称为高固体分涂料(high-solids solvent-borne coat-ings)由于溶剂型涂料在技术和性能等多方面的优势在今后相当长时间内仍会存在特别是通过降低树脂相对分子质量极性和玻璃化温度(Tg)使树脂更易溶解于有机溶剂同时还可使用催化剂来提高反应活性总之采用各种办法减少VOC排放保留溶剂型涂料的优越性高固体分涂料会得到发展高固体分涂料发展到极点就是无溶剂涂料(无溶剂涂料又称活性溶剂涂料)如近几年迅速崛起的聚脲弹性体涂料就是此类涂料的代表它目。 前主要应用于汽车工业石油化工贮罐以及海洋和海岸设施等重防腐工业等。 4.2 粉末涂料和辐射固化涂料 粉末涂料具有不含溶剂可以全部转化成涂膜涂装效率高保护和装饰综合性能好等特点符合涂料工业5E的发展方向它主要应用于铝质和钢质金属建材家电交通仪器等其发展趋势是低温固化和高耐候性。 辐射固化涂料由于具有快速固化高工效低能耗低VOC排放性能优越等特点所以发展速度很快它主要用于木地板PVC装饰板纸张上光油也应用于电子产品卷钢塑料型材等其发展方向是电子束固化和水性化。 4.3 环境净化功能涂料 近年来人们致力于环保功能涂料的开发如污水净化涂料空气净化涂料和阻尼降噪涂料等通过将纳米二氧化钛钛酸钴等光催化剂及其他材料复合到涂料中可制备环境净化功能涂料这类涂料对环境的净化机理是光催化剂在紫外光等作用下使空气中的水分子分解产生羟基自由基(OH)OH与甲醛苯氨等有害有毒气体发生物理化学反应达到净化空气的目的。此外还有防火涂料示温涂料隐身涂料等功能涂料因文章篇幅所限不再赘述。
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