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水性无机-有机复合塑料涂料研究进展

来源:未知 作者:admin 时间:2016-04-01 点击:
导读:对国内外有关水性无机-有机复合塑料涂料的分类、制备方法、应用等方面的研究工作进行了综述,提出完善水性无机-有机复合塑料涂料的基础研究,以及在此基础上相关产品的开发将是今后研究的主要发展方向。
水性无机-有机复合塑料涂料研究进展
陈婵1,孙宁1,2* ,程建3,姜少华1,李亦彪1,赖文博3,黄晓昌3( 1. 五邑大学化学与环境工程学院,广东江门529020; 2. 江门职业技术学院,广东江门529090;3. 江门市制漆厂有限公司,广东江门529075)

随着塑料工业的迅速发展,塑料制品广泛应用于各行各业,成为国民经济和国防建设不可缺少的重要材料。但是,塑料本身耐环境老化性不甚理想,且加工成型过程中表面常产生各种缺陷,因此塑料表面通常需要涂饰。
塑料涂料按照所使用的溶剂种类,可分为溶剂型塑料涂料和水性塑料涂料。溶剂型塑料涂料品种较多,与塑料间会产生良好的附着力。但是对环境危害很大。因而,人们转向研究水性涂料。与钢铁、木器、建筑材料相比,塑料具有低表面能的特殊性,涂料在塑料表面的附着力不佳,因此塑料表面涂装相对比较困难,需要根据不同的塑料底材选择不同配方的涂料,这样才能产生更好的附
着力。
随着对塑料表面涂层要求的提高,塑料涂料朝着高性能化、多功能化和环保型的方向发展。无机-有机复合涂料是通过一定的工艺方法,将无机材料与有机材料复合所制得的一种新型的复合材料。复合材料不仅保留了原有组分各自的优点,克服了相互的缺点,甚至可以显现出一些新的性能。用于制备无机-有机复合塑料涂料的无机成分主要有无机纳米材料、陶瓷、矿物质颗粒等。应用于塑料的水性涂料基料树脂主要有水性丙烯酸、水性聚氨酯、水性聚氨酯- 丙烯酸脂等。
 
1 水性无机-有机复合塑料涂料的分类
根据无机、有机两组分间的结合方式可以将水性无机-有机复合塑料涂料分为3 种类型: 物理包覆型、共价结合型及混合型。
1. 1 物理包覆型
无机介质简单包覆于有机分子或聚合物基质中,此时无机、有机两组分间形成范德华力、氢键、静电作用或亲水-疏水平衡等弱作用力,如图1 所示。申蓓蓓等以水溶性丙烯酸树脂为基料,银包铜粉为导电填料,制备了塑料用水溶性导电涂料,将其涂覆于ABS 板上,测试其性能。实验结果证明,所得涂料有较好的涂膜性能,对塑料具有良好的附着力。周凯员将铝银粉于去离子水中充分分散,制成铝银浆。然后将树脂、助剂、助溶剂、去离子水按一定顺序分散均匀。最后将所得2 种中间物混合,搅拌至分散均匀即制备了一种环保纳米水性银粉塑料涂料。该涂料具有流平性、光泽度好、附着力好、耐溶剂、气候性好等特点。
物理包覆型水性无机-有机复合塑料涂料
1. 2 共价结合型
无机组分与有机组分之间通过分子水平的杂化形成强的化学键( 如共价键、离子键或配位键) ,如图2 所示。
化学结合型水性无机-有机复合塑料涂料
孙道兴等通过以丙烯酸酯、苯乙烯为主单体及交联功能单体共聚,制备了软壳硬核的核壳乳液,然后与纳米二氧化硅、填料和助剂等复合,制得的涂料在环保型路标方面有优异的性能。纳米二氧化硅表面的活性羟基参与交联反应和键合反应,改善了涂料的综合性能。
Nakatani 等由硅氧烷低聚物和含苯基的烷氧基硅烷经反应制得聚硅氧烷基料,再将有机的含苯基聚合物均匀分散在其中,得到一种适用于塑料基材的有机-无机复合涂料。涂膜具有良好的弯曲柔软性、附着力和耐热水性能。
1. 3 混合型
无机组分先预处理,得到改性的复合材料。再将该材料加入到有机涂料中,得到混合型有机-无机复合塑料涂料,如图3 所示。
混合型水性无机-有机复合塑料涂料
Chen 等将纳米ZnO 用KH550 进行改性,制得改性纳米ZnO 粉体( APS -ZnO) 。再将APS -ZnO与CDI 活化的硬脂酸( CDI -SA) 反应,并经过一系列后处理,得到表面改性的纳米ZnO 粉体( CDI -SA-APS -ZnO) 。将CDI -SA -APS -ZnO 加入到聚氨酯涂料中制备纳米复合涂料,所得涂料的紫外吸收性能、抗拉强度和断裂伸长率有明显提高。
Ye 等以γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷( MPS) 为改性剂,制得分散的改性纳米SiO2 /丙烯酸酯单体分散液( DSAM) 。然后再以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为共聚单体制备了改性SiO2 /丙烯酸酯复合乳液。实验结果证明,改性SiO2的加入明显提高了涂膜的硬度、附着力、抗冲击强度、柔韧性等。
 
2 水性无机-有机塑料涂料的制备方法
水性无机-有机复合涂料所用到的无机、有机组分的不同,其制备方法也有不同。常见的方法有机械共混法、溶胶-凝胶法、偶联剂改性法等。
2. 1 机械共混法
共混法也称纳米微粒填充法,是将有机物( 聚合物) 与无机纳米粒子共混,该方法适合于各种形态的纳米粒子,是制备复合材料最简单的方法,如图4 所示。
机械共混法制备水性无机-有机 复合塑料涂料
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