环境友好涂料的研究新进展_肖新颜
协同增效技术在环境友好涂料配方设计中的应用
２ ３ 水性 涂料 的颜 填料 ．
由铁红 一磷酸锌 一锌黄 一氧化锌 一硫酸 钡 一滑石 粉构成
种玻璃粉熔点为 ７ ０℃ ， ０ 两种玻 璃粉 按一定 比例混 合 加入涂 料 中， 在使用 中当环境温度达到玻璃 粉融温度 时 ， 能形 成像陶
瓷一样 的涂层 ， 从而具有较好 的耐热性 。
最大伸长率 ７ ０ （０ ％Ｐ ８ ％ １０ Ｕ为 ６０ ，０ ％Ｂ ４ ％ １０ Ｐ为 １ ％） 同 ５ 。 样， 调整合适的 Ｐ Ｕ和 Ｅ Ｐ比例 ， 制得 的 Ｐ Ｕ—Ｅ Ｐ也产生 协同增 效， 出现 比单一 Ｐ Ｕ或 Ｅ Ｐ力学性能高的结果 。另外 ， 由聚硅氧
ｃ ｉｎ ｇ ｎ ｓ ｕｒ ｇ ａ ｅ ｔ ．
Ｋｅ ｏ ｄ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎａ ｒｅ ｄ ｙ； ｙ ｅ ｙ ｓｉ ｆｅ ｔ ｆ ｒ ｕ ａ ｉｎ ｙ Ｗ ｒ ｓ： ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌｆ ｎ ｌ ｓ ｎ ｒ ｉｔ ｅｆｃ ；ｏ ｉ ｃ ｍ ｌｔ ｏ
能前提下 ， 注意不 同品种颜 填料 间的相 互增 效作 用。如惰 应
这种协同增效规律 ， 对开 发高 性能材 料有 重要 指导意 义。如
由Ｐ Ｂ Ｕ： Ｐ＝８ ２ 质 量 比） 成 ＩＮ， ０：０（ 构 Ｐ 出现 最 高 抗 张 强 度 ４ ． ５Ｍ ａ １０ Ｕ为 ４ ． ６ＭＰ ，０ ％Ｂ ８ ９ Ｐ （０ ％Ｐ ２ ０ ａ １０ Ｐ为 １． ３ＭＰ ） １７ ａ 和
ＬｉＧｕ ｌ ｉｉ ｎ
（ Ｎ ＣＣ ａｇｈ ｕＰ ｉ ｎ ｏ ｔ ｇ ｈｍｉ ｌｎ ｕｔ ｅ ａｃ ｎｔｕｅ Ｃ ａｇｈｕＪ ｎｓ １０ ６ ｈｎ ） Ｃ Ｃ ｈ ｎｚｏ ａｎ ａ ｄＣ ａ ｎｓＣ ｅ ｃ ｄ ｓｙＲｓ ｒ Ｉｓｔｔ， ｈ ｎｚｏ ｉ ｇｕ２３ １ ，Ｃ ｉ ｔ ｉ ａＩ ｒ ｅ ｈ ｉ ａ ａ
涂料工业的新进展——绿色环保型
一
料 。绿 色涂料 的分 类如图 １ 所示Ⅲ。
—
的溶 剂残 留 ， 因此涂膜便无法发挥应有 的强度（ 受人 为因 且 ｒ 啦电 ＿ ． 流 素影 响很 大） 。除此 之外 ，因涂料的特殊 ｌ ，故在施工技术 生 ｌ
＋溶涂 无剂料
—
碲 Ｉ
ｌ
． ，
ｒ ＋常 — 温酣
方 需 常 视， 则 易 现 的 异 业 若 面亦 非 重 否 不 展 产品 优 处。 者
绿色涂料 ”，是指节能 、低 ｔ ０５ ，２０ 年产量 为３ ２６ ，２ ０ 年产量５ ７７ 万ｔ。中国 者都在开发绿色涂抖 。所谓 “ ８ ．万ｔ ０６ ０ ．２ ） 已成为世界上第二大涂料生产 国。北美和西 欧地 区的涂料 污染的水性涂料 、粉末涂 料、高固体含量涂料 、无溶剂涂 ０ ０ 需求增速分 别为２７和 ２３ ，市场需求分别为８５ ￣ ６ ３ 料和辐 射固化涂料等。２世 纪７年 代以前。几乎所有涂料 ．名 ．％ １万ｔ ｎ ０ 都是溶 剂型 的 ， 此后 由于溶剂 的昂贵 价格和 降低Ｖ Ｃ Ｏ 排放量 万ｔ ，占世界总量的近一半 ，而亚太地区需求量为８ ０ ， ９万ｔ
涂料的研究进展 ，如无溶剂涂料、粉末涂料、辐射 固化涂料、水性涂料 、高固体分涂料 ，指出环境友
好涂料的研究应向水性化 、粉末化、高固体分化、 高性能化和功能化方向发展 ， 并对水 陛涂料、粉末 涂料、高固体分涂料的发展提出了建议。 关键词：环境友好涂料 ｉ无溶剂涂料 ；水 Ｉ涂料； 生 粉末涂料 ｉ辐射固化涂料 ；高固体分涂料
料主要有 ：水 性涂 料、粉 末涂 料、光 固化涂料等。 世界涂料 的发展方 向是世界 涂料正朝着水性化 、粉末 化 、无溶剂化 、高 固体化和辐射 固化等低 污染 、无公害的
耐海洋环境雷达隐身涂料的研究进展及应用
包装工程第45卷第9期·270·PACKAGING ENGINEERING2024年5月耐海洋环境雷达隐身涂料的研究进展及应用许培伦，赵文忠（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安710068）摘要：目的针对传统隐身涂料在舰船雷达高湿热、高盐雾等服役环境下耐腐蚀性能差等问题，本文以某型雷达天线为对象，验证4种涂料的施工工艺、力学性能、耐环境性等，结合雷达散射截面积（Radar Cross Section，RCS）仿真计算开展隐身涂料适用性研究，探索商用隐身涂料的实施效果。
方法本文综述近年来隐身涂料的研究进展，重点论述隐身涂料的组分设计及耐腐蚀机理，同时以某舰船雷达天线的隐身需求为例，综合分析4种隐身涂料耐环境性及吸波性能。
结论根据结果显示，4种隐身涂料中只有W-1.0在牺牲施工工艺性及厚度前提下才能达到吸波性能要求，但耐湿热等尚不能满足工程化应用需求，需进一步在轻薄化设计及耐环境适应性方面做出改进。
关键词：雷达隐身；隐身涂料；耐腐蚀机理中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)09-0270-10DOI：10.19554/ki.1001-3563.2024.09.034Research Progress and Applications of Corrosion-resistant Radar Stealth Coatings inMarine EnvironmentsXU Peilun, ZHAO Wenzhong(The 20th Research Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Xi'an 710068, China)ABSTRACT: The work aims to verify the construction technology, mechanical properties and environmental resistance of four stealth coatings, study the applicability of the stealth coatings combined with Radar Cross Section (RCS) simulation calculation and explore the application effect of commercial stealth coatings with a radar antenna as an example to solve the problems of poor corrosion resistance, etc. of traditional stealth coatings in a service environment characterized by high humidity, intense heat, and corrosive salt spray. An overview of the recent advancements in the research of corrosion-resistant stealth coatings was made, and the corrosion resistance mechanism of the stealth coatings was analyzed. With the stealth requirements of a specific type of radar antenna as a case study, comprehensive analysis of the environmental resistance and wave absorbing of four absorbing coatings was carried out. According to the results, it is determined that W-1.0 meets the wave absorbing requirements for use among the four commercial absorbing coatings, at the cost of sacrificing thickness, while its performance in heat resistance cannot meet the requirements of engineering applications. Further improvements of stealth coatings should be made in thin and light design and environmental adaptability.KEY WORDS: radar stealth; stealth coatings; corrosion resistance mechanisms雷达隐身技术是一种通过缩减目标物体在雷达波段上的RCS，进而降低被探测概率的综合技术，该技术对于提高设备生存能力具有重要意义[1-2]。
环保水性涂料的研究进展
料对 基材 的润湿 困难。４ 以水作溶剂 ， （） 金属基体极 易腐蚀。５树脂 与 （） 水的相溶性不好 ， 以致涂料 的贮存稳 定性差 。６ 因为水 的冰点 比大 多 （） 数有机溶剂高 ， 因此涂料 的冻融稳定性差。７ 容易遭受微生物破坏 。 （） 为了不 断改 善其性能 ， 扩大其应 用范围 ， 半个世纪 以来 国内外 近
子乳 液的 Ｐ Ｈ值 ， 使聚合物上 的羧基 离子化 ， 形成 高度带电 的乳胶 粒作 传统溶 剂型涂料 在生 产和使用 过程 中所 释放 的挥发性 有机 物质 为进一步聚合 的场所 。联合使用 水溶性羟基单体 和离子型 引发剂也 （ Ｏ ｓ产 生的污染 ， Ｖ Ｃ） 目前被排在 汽车之后 ， 列为城市 主要污染源 。随 可制备出稳定 的高固含量无皂乳液ｐ １ 。唐广粮等Ｉ利 用烯烃基 甘油醚 着科技进步 和经济的高速发 展 ， 资源和能源 的匮乏已引起世界各 国的 磺 酸盐 、一 ３烯丙氧基一一 ２ 烃基丙磺酸盐等制备 出固含量高达 ６％的稳定 ０ 重视 ， 节资 节能 ， 保护环境 ， 世界涂料界 面临的主要问题 。作 为溶剂 的无皂乳液 。 是 型涂料替代 品之一 的水性涂 料 ， 已受到世界各 国的重视 。最早 的商品 （） ２ 采用可 聚合乳化剂 化水性涂料 是在 ２ 世纪 ３ 年 代出现的。基 于其对 环境的相容 性和保 Ｏ Ｏ 已报道的可聚合乳 化剂种 类很多 ， 主要有烯丙醇的衍生物 、 乙烯 苯 护性 ， 并具 有节省资源 、 约能源的优点 ， 节 水性涂 料产品很快就 被市场 的衍生物 、 马来酸的衍生物 、 烯酰胺的衍生物 、 甲基 ） 丙 （ 丙烯 酸及其酯 接受 ， 逐渐发展 扩大 。 日 、 国 １８ 年水性涂料 分别 占涂料 总销 的 衍 生 物 等 。 并 本 美 ９６ 售量 的 １％和 ２ ％， 国 １９ 年 水性 涂料产 量 占全 国涂料 总产 量的 ８ ２ 英 ９５ 为了使可 聚合乳 化剂键合在乳 胶粒表面而 产生 良好 的稳 定效果 ， ６． ４ ％。我国从 ６ 年代开始研究水性涂料 ， ５ ０ 进人 ９ 年代后 ， ０ 国家大力扶 可聚合乳 化剂应 具有适 当的聚合活性和亲水性 。聚合活性太 高 ， 它在 持水性涂料 的发展 。 目 的市场 占有率虽不 是很高 ， 前 但却具有 广阔的 聚合过程 的早期就会 和其他 单体共聚而埋在颗粒 内部； 活性较低 ， 则它 发展前景。 在聚合过 程的后 期才与其他 单体共聚 ， 不易埋 在颗粒 内而位于颗粒 的 水性涂料 以水基性 上光油为主体 的各种水性树脂涂料 。包括 表面 聚合活性 太小 ， 就难 以键合 到乳胶粒上 。亲水性 太小 的可 是 ； 但 它 但太大可能会水相 聚合 ， 形成水溶性 聚合 专用上 光机用水性光 油 、 性版水性光油 、 柔 凹版水性光 油 、 性磨光油 聚合乳化剂也易埋在颗粒内 ， 水 １ （ 光胶 ） 以及水性薄 膜复合黏合剂等 。可作水性涂料基 料的树脂包 物 。 压 ， 括醇酸 、 环氧 、 丙烯酸 、 聚氨酯 和聚酯树脂等 。另需添加各种添加剂 ， 如 可聚合基团的位置对聚合过程及乳液的稳定性有较大 的影 响。双 助溶剂 、 乳化剂 、 成膜 助剂 、 增稠剂 、 消泡 剂 、 催干剂 、 防霉杀 菌剂 、 缓蚀 键位于疏 水端的最易 聚合 ， 位于亲水端 的因亲水端之 间的排斥作用而 剂等 。 日 、 国 、 国对 防霉杀菌剂的研究较系统 。水性涂料所用 的 本 英 德 难聚合ｍ 。采用合适 的可聚合乳化剂 可制备 固含量 ５ ％以上的稳定 的 ０ 防霉杀菌剂 主要是有机噻唑类及一些无机金属离子抗菌剂 。水性涂料 无皂乳液 一。 （） ３ 采用大分子乳化剂 应用 于金属基体上 ， 在涂膜未干 时易 引起基体腐蚀 ， 因此选用合适 的水 性涂料用缓蚀剂也是很关键 的。选用缓蚀剂时应 同时考虑其效能和毒 大分子乳 化剂的迁移性 远低于小分子 乳化剂 ， 聚合过程 中还 可 在 性 问题 ， 常用 的有钼酸钠 、 碳酸钠 、 环烷酸锌等 。 能 与乳 胶粒发生接枝作 用 ， 因而采用大 分子乳化剂 可克服小分子 乳化 尽管水 性涂料具有污 染性小 ， 安全 系数 高 ， 施工方便 等优点 ， 但也 剂易迁 移 、 易起泡 的缺点。用于乳液 聚合的大分子乳 化剂包括嵌段共 存在 以下缺点 ： １ 水性涂料 中的基料 和添加剂为有机 物质 ， （） 体系 中含 聚物 、 接枝共 聚物等 。采用大分 子乳化剂 可制备 固含量 ３ ％ 一 ０ ０ ４ ％的 有机溶 剂量 为 ２ ％一１％， ２ 仍会对环境造成 污染。 ２ 成膜时干燥时 间较 稳定的无皂乳液ｕ 。 （） 长， 尤其是 在低 温高湿 环境下 。这是 因为水 的蒸 发热 高于有机溶剂 ， 往 ２紫外光固化交联 ． 往需 要采取措施来促 进水的蒸发 。３ 由于水的表面张 力较大 ， （） 使得涂 紫 外 光 固化涂 料 一般 要使 用 反 应性 稀 释单 体 等有 机 挥发 组 分
稀土硅酸盐环境障涂层研究进展
第 12 期第 12-23 页材料工程Vol.51Dec. 2023Journal of Materials EngineeringNo.12pp.12-23第 51 卷2023 年 12 月稀土硅酸盐环境障涂层研究进展Research progress in rare earth silicateenvironmental barrier coatings周邦阳1*，崔永静1，王长亮1，岳震1，焦健2，3，宇波2（1 中国航发北京航空材料研究院 航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室，北京100095；2中国航发北京航空材料研究院 表面工程研究所，北京 100095；3中国航发北京航空材料研究院先进复合材料科技重点实验室，北京 100095）ZHOU Bangyang 1*，CUI Yongjing 1，WANG Changliang 1，YUE Zhen 1，JIAO Jian 2，3，YU Bo 2（1 Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Corrosion and Protection for Aviation Material ，AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials ，Beijing 100095，China ；2 Surface EngineeringDivision ，AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials ，Beijing100095，China ；3 National Key Laboratory of Advanced Composites ，AECC Beijing Institute of AeronauticalMaterials ，Beijing 100095，China ）摘要：陶瓷基复合材料凭借耐高温、低密度、高温力学性能优异等特性，成为高性能航空发动机热端部件的理想材料。
海洋环境下防腐涂料技术研究进展
海洋环境下防腐涂料技术研究进展海洋环境下防腐涂料技术研究进展1. 研究背景海洋环境的高湿度、高盐度、强大的腐蚀性和较高的氧化还原电位等特点，使得海洋设施对防腐涂料的要求更高。
传统的防腐涂料在海洋环境下常常存在附着力差、腐蚀性差、耐碱性差等问题，无法满足长期防腐需求。
因此，研究海洋环境下的防腐涂料技术具有重要意义。
2. 研究进展2.1 新材料的研发为了提高防腐涂料的性能，研发新型材料成为研究的重点。
纳米材料被广泛应用于防腐涂料中，其具有较高的比表面积和活性，能够提供更好的保护性能。
例如，纳米二氧化钛、纳米氧化锌等材料具有优良的抗紫外线性能，抗菌性能和自清洁性能，能够降低涂层的老化程度和附着物的积聚。
2.2 涂层结构的优化优化涂层结构是提高海洋防腐涂料性能的关键。
常见的优化方法包括引入纳米颗粒、添加功能填料、调节涂层成分等。
通过合理设计涂层结构，可以提高涂层的耐候性、附着力和耐蚀性。
例如，将纳米颗粒加入到底层涂料中，可以增加涂层的紧密度和耐腐蚀性能。
2.3 多功能涂层的研究海洋环境的特殊性要求防腐涂料不仅要具备防腐蚀的功能，还要具备其他功能。
近年来，研究人员开始探索在防腐涂料中加入其他功能成分，如防风沙、隔热、保温等。
这些功能的引入可以增加海洋设施的使用寿命和安全性。
2.4 抗生物附着技术的研究在海洋环境中，生物附着是指微生物、藻类和动物等在海洋设施表面形成的附着物。
这些附着物会对设施表面产生腐蚀、磨损和生物膜形成等问题，严重影响设施的使用寿命。
因此，研究抗生物附着技术对海洋环境下的防腐涂料技术具有重要意义。
研究人员通过引入抗生物附着剂、添加抗生物附着功能材料等方法，可以防止生物附着的产生，减少设施受损。
3. 存在问题尽管海洋环境下的防腐涂料研究取得了一定的进展，但仍然存在一些问题。
首先，海洋环境下的防腐涂料许多是在实验室条件下进行研究的，实际应用的环境复杂多变，需要进一步验证涂层的真实性能和持久性。
超疏水表面涂层进展
收稿日期： 2012 － 08 － 04 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 21076092） 作者简介： 蔡锡松（ 1986 － ） ，男，硕士生； 肖新颜（ 1964 － ） ，男，博士，教授，主要从事高性能聚合物乳液及新型涂层材料研究，通讯联系人，020 －
87112074，cexyxiao@ scut． edu． cn。
Jan． 2013 ·22·
技术进展
现代化工 Modern Chemical Industry
第 33 卷第 1 期 2013 年 1 月
超疏水表面涂层研究进展
蔡锡松，肖新颜* ( 华南理工大学化学与化工学院，广东 广州 510640)
摘要： 超疏水表面具有自清洁、非湿润等特性，在涂饰、防水和生物医药材料等许多领域中用途广泛。从超疏水表面的制备
方法和相关的理论分析方面综述了超疏水表面的研究新进展，指出超疏水表面涂层研究中存在的问题，并对超疏水表面研究的
未来的发展进行了展望。
关键词： 超疏水； 低表面能； 接触角； 微细结构
中图分类号： O647
文献标志码： A
文章编号： 0253 － 4320（ 2013） 01 － 0rhydrophobic surfaces coatings
CAI Xi-song，XIAO Xin-yan*
（ School of Chemistry and Chemical Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）
Abstract： Superhydrophobic surface have potential application in many fields，such as coatings，waterproof and biomedical materials，because of their self-cleaning and non-wetting properties． And the abundant researches have been reported in last decade on their preparation methods． The new development of superhydrophobic surface is summarized from both experimental and theoretical aspects． Some problems in superhydrophobic coatings research are pointed out． The development direction of the superhydrophobic surface has been proposed in the end．
环境友好涂料成膜物结构更新技术
ｐ ｕ ｄ ｆｒｆ ｃｉ ｎ ｌｒ ｓｎｓａ ｄ ｗａｅ ｂｏｎｅ ｒ ｓｎ ，ｓ ｃ ｓ ｗａｅ ｂ ｒ ｅ ＰＵ，ｗａｅ ｂ ｒ ｅ—ｅ ｏ ｙ，ｗａ ｅ ｂ ｒ ｅ ｏ ｎ ｕｎ ｔｏ ａ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｒ ｅ ｉ ｓ ｕ ｈ ａ ｔｒ ｏ ｏ ｎ ｔｒｏｎ ｐｘ ｔｒ ｏ ｎ
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（ ｈ ｎｚｏ ａｎ ａｄｃａｉ ｓ ｎ ｕｔ ｅ ａｃ ｎｔｕ Ｎ Ｃ， ｈ ｎｚｏ ， ｉｎｓ １０ ６ ｈｎ ） Ｃ ａ ｇｈ ｕ ｉｔ ｎ ｔｇ ｄ ｓｙＲ ｓ ｒ Ｉｓｔｔ ｏ Ｃ Ｃ Ｃ ａｇｈｕ Ｊ ｇｕ２３ １ ，Ｃ ｉａ ｐ ｏ ｎ Ｉ ｒ ｅ ｈ ｉ ｅｆ ａ
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第３ ７卷第 １ ０期 ２０ ０ ７年 １ ０月
涂 料 工 业
ＰＡＩ ＮＴ ＆ Ｃ０ＡＴＩ ＮＧＳ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
Ｖｏ ． Ｎｏ． ０ １３７ １ ０ｃ ． ０ ｔ ２ ０７
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第54卷 第4期 化 工 学 报 Vol.54 №4 2003年4月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) April 2003
综述与专论
环境友好涂料的研究新进展
肖新颜 夏正斌 张旭东 瞿金清 张心亚 蓝仁华 陈焕钦
(华南理工大学化工学院,广东广州510640)
摘 要 回顾了涂料工业的发展历史,介绍了现代涂料工业的发展现状,以及有关限制涂料中挥发性有机化合物(VOC)排放的法规.着重讨论了几类环境友好涂料的研究进展,如乳液型超耐候外墙建筑涂料、水性金属防腐涂料、现代木器家具涂料、高固体分涂料、粉末涂料以及环境净化功能涂料.指出环境友好涂料的研究应向水性化、高固体分化、高性能化和功能化方向发展.关键词 环境友好涂料 挥发性有机化合物 乳液型建筑涂料 水性金属防腐涂料 现代木器涂料中图分类号 TQ630.7+1 文献标识码 A文章编号 0438-1157(2003)04-0531-07
NEWDEVELOPMENTONENVIRONMENTALLYFRIENDLYCOATINGSXIAOXinyan,XIAZhengbin,ZHANGXudong,QUJinqing,ZHANGXinya,LANRenhuaandCHENHuanqin(CollegeofChemicalEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,Guangdong,China)
Abstract Thedevelopmentofcoatingsindustry,therelationshipbetweencoatingsandenvironmentalprotection,andtheregulationsrelatedtovolatileorganiccompounds(VOC)releasedfromsolvent-bornecoatingsarereviewed.Theresearchprogressofseveralenvironmentallyfriendlycoatings,suchasemulsionarchitecturecoatings,water-bornemetalcorrosion-resistantcoatings,modernwoodcoatings,highsolidscontentcoatings,powdercoatingsandspecialfunctionalcoatings,arediscussedindetail.Lastly,researchanddevelopmentofenvironmentallyfriendlycoatingsshouldbedoneinwater-bornecoatings,high-solidssolvent-bornecoatings,highperformancecoatings,andspecialfunctionalcoatings.
Keywords environmentallyfriendlycoatings,volatileorganiccompound(VOC),emulsionarchitecturecoatings,water-bornementalcorrosive-resistantcoatings,modernwoodcoatings
2003-01-22收到初稿,2003-03-10收到修改稿.联系人及第一作者:肖新颜,38岁,博士,副教授.基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.20176013).提供资料和参加本文讨论的还有梁丽芸、郭清泉、毛淑才、傅和青和胡孝勇等博士生. 引 言涂料是由高分子物质和配料组成的混合物,并能涂覆在基材表面形成牢固附着连续涂膜的新型高分子材料.两千多年前我们的祖先已开始使用桐油调制油漆,20世纪30年代采用植物油、高分子化合物和有机溶剂、颜填料进行工厂化生产油漆,才开始使用涂料的名称.西方国家古代也是使用天然物质作油漆,称为Paint,直到19世纪中叶才用合成树脂配制油漆,并将其涂膜与电镀膜一并称为Coating(涂料).1867年美国第一个涂料专利的出现标志着涂料科学与技术的开始[1]. Receiveddate:2003-01-22.Correspondingauther:Dr.XIAOXinyan.E-mail:cexyxiao@scut.edu.cnFoundationitem:supportedbytheNationalNaturalScienceFoun-dationofChina(No.20176013).
当今涂料与塑料、黏合剂、合成橡胶、合成纤维成为五大合成材料.涂料工业属于高新技术产业,其发展水平是一个国家化学工业发达水平的标志之一.2000年世界涂料产量达2200～2400万吨(中国180万吨,排名第4),其中溶剂型涂料约占涂料总量的30%.涂料在干燥成膜时向空气中散发的挥发性有机化合物(VolatileOrganicCom-pound,简称VOC)对人类生态环境构成了严重的威胁.为此,世界各国根据自身特点制定了相应的环保法规,限制涂料中VOC的排放.如美国关于VOC排放的国家建筑和工业保护(AIM)法规1999年9月13日正式起作用;北欧、丹麦、瑞典、荷兰等地规定,内墙涂料最大VOC含量标准为75g·L-1(包括水),2000年1月1日起生效[2];我国则于2001年针对10种室内建筑装修材料制定了强制性的安全标准[3].当今世界涂料发展潮流是向“5E”迈进,即提高涂膜质量(Excellenceoffinish)、方便施工(Easyofapplication)、节省资源(Economics)、节省能源(Energysaving)和适应环境(Ecology).涂料的研究应向水性化、高固体分化、高性能化和功能化方向发展,环境友好涂料(或称绿色涂料)是人们的共同期待.1 高耐候建筑涂料通常讲的乳胶漆(涂料)就是泛指水性建筑涂料.建筑涂料占涂料总产量的比重大,我国约占40%,工业发达国家占50%～60%.建筑涂料水性化的比例也高,法国、瑞士、西班牙等欧洲国家水性化比例已达70%～90%,英国为80%[1].高性能建筑乳胶涂料要求具有较高的强度、弹性和附着力,以及十分突出的耐候性、耐玷污性、耐水性、耐酸碱性,良好的透气性和高光泽性.1.1 高耐候建筑涂料乳液及乳液聚合技术建筑涂料由成膜物质、颜填料和助剂组成,其中成膜物质———聚合物乳液决定乳胶建筑涂料的主要性能,目前实现聚合物乳液高性能化和高功能化的途径主要有以下两类[4].(1)从引入硅系单体或氟系单体等聚合物设计观点出发,进行有机硅改性、氟碳改性等高性能化、高功能化的研究———化学改性.(2)从粒子内部结构的控制技术、粒子形态的控制技术、不同聚合物的复合技术等粒子设计观点出发,进行核-壳乳液聚合、微乳液聚合等相关研究———粒子设计.1.1.1 有机硅改性丙烯酸酯乳液 高耐候性乳胶涂料研究的重点集中在高性能乳液上,如氟改性丙烯酸酯乳液(氟碳乳液)、有机硅改性丙烯酸酯乳液(硅丙乳液)等.改性硅丙乳胶涂料的耐候性可与含氟乳胶涂料相媲美,而耐玷污性优于氟碳乳胶涂料,成本也低,特别适于超高层和市政等建筑外墙面装饰,是超耐候涂料的主要发展方向.1.1.2 核壳乳液聚合与核壳聚合物乳液 核壳结构聚合物乳液的合成是近些年在种子乳液聚合基础之上发展起来的新技术.核壳乳液聚合提出了“粒子设计”的新概念,即在不改变乳液单体组成的前提下改变乳液粒子结构,从而提高乳液性能.核壳乳液聚合和常规乳液聚合得到的乳液的最大差异在于:核壳乳液聚合得到的乳液抗回黏性好、最低成膜温度低、更好的成膜性、稳定性以及更优越的力学性能[5].核壳乳液的制备,根据壳层单体的添加
方法可以分为间歇、半连续和溶胀法.美国Lehigh大学乳液聚合研究所的Matsumoto等进行了系统的研究[6],探讨了核壳乳液聚合的机理,以
及乳液粒子形态与各反应参数间的关系.核壳之间的连接情况对粒子形态和乳液性质有很大的影响.1.1.3 微乳液聚合与纳米聚合物乳液 微乳液聚合的研究始于20世纪80年代,它与普通乳液聚合的差别是在体系中引入了助乳化剂,并采用了高速搅拌法、高压均化法和超声波分散法等微乳化工艺.利用微乳液聚合可得到纳米级聚合物乳胶粒.由于纳米乳胶粒的表面效应和体积效应,使它在许多方面都表现出不同于普通乳胶的优异性能[7],
形成的涂膜具有极好的透明性,可作金属等材料表面透明保护清漆和抛光材料;纳米乳液与常规乳液进行复配使用,可以显著提高乳胶膜的强度、附着力、平滑性和光泽性.近年来华南理工大学在应用核壳乳液聚合、微乳液聚合开发高耐候建筑涂料乳液方面做了一些工作,申请了中国专利(公开号1385447).通过引入含乙烯基异丙氧基和甲基丙烯酰氧基异丙氧基多官能度有机硅氧烷,采用阻碍乳液聚合工艺,将与丙烯酸酯类化学结构和极性相差较大、相容性差的有机硅氧烷通过接枝共聚结合到丙烯酸酯的主链上,在丙烯酸酯大分子链上形成梳状的侧链结构,得到了核壳结构的硅丙纳米乳液[8].
1.2 建筑涂料发展趋势(1)超耐候硅、氟树脂涂料,耐污性好,附着
·532·化 工 学 报 2003年4月 力强,可直接涂刷,既可加温固化,也可常温干燥,施工性能好,人工老化在4000h以上,其户外耐候性达20年以上.其中有机硅改性丙烯酸树脂涂料耐候性与含氟树脂涂料相当,但耐污性优于氟树脂涂料,成本只有氟树脂涂料的1/3,是超耐候建筑涂料发展的重点.(2)高耐候弹性建筑防水涂料,采用聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯进行有机硅改性制成含羟基树脂组分,与含NCO的脂肪族固化剂交联固化.制得的涂膜伸长率达600%～800%,弹性附着力大于10MPa,即使在-20℃时仍具有良好的弹性和绕性,可解决底材0.1～3mm裂缝,耐候性达10～15年.(3)高耐候全天候低毒性建筑涂料,主要是基于有机硅改性丙烯酸的单组分热塑性树脂涂料.涂膜耐候性、耐酸碱性、抗污染性好,特别是防水性和透气性优异,适合北方地区及较潮湿的混凝土墙面使用.(4)纳米粒子及纳米乳液在建筑涂料中的应用,将使外墙建筑涂料具有高耐候性、高耐玷污性、高保色性和低环境污染.2 水性金属防腐涂料腐蚀给人类造成的损失是惊人的,全球每年腐蚀经济损失约10000亿美元.实践已经证明,采用涂料对金属进行腐蚀防护是最经济、实用和有效的方法,水性涂料已成为金属防腐涂料的研究热点和主要发展方向之一[9].目前的水性化技术还存在着巨大的挑战,水性金属涂料的综合性能远不如溶剂型金属涂料,其主要问题是涂膜耐水性差、钢铁的闪蚀、硬度和抗溶剂性较差、对水蒸气及氧气等的屏蔽性能较差.因此,人们纷纷开展提高水性金属涂料的防腐蚀性能的研究.2.1 成膜聚合物的研究制备高性能的水性成膜聚合物,以提高涂膜的耐久性及对基材的附着力、减少水蒸气和氧气向金属基材的渗透,是水性金属涂料发展的主要方向之一.目前用于水性防腐蚀涂料的体系主要有3种:环氧体系、丙烯酸体系和无机硅酸锌体系.大量研究表明,环氧树脂所制得的涂膜具有良好的对水蒸气和氧气的屏蔽性,且附着力好、收缩率低,成为水性金属防腐蚀涂料中应用最广泛的聚合物体系[10],但其形成的涂膜易粉化、耐候性差;丙烯酸聚合物保光保色性能及耐老化性能好,但涂膜致密性差、对水蒸气和氧气的屏蔽性不好;有机硅树脂耐热性、防水性好,还可降低树脂成膜时的内应力.因此,采用丙烯酸、有机硅等对环氧树脂进行改性制备水性环氧改性聚合物,可望获得综合性能优良的水性涂料[11].有机氟、有机硅聚合物具有