氟樹脂涂料功能性與環(huán)保性協(xié)調(diào)發(fā)展
我國從20世紀80年代開始發(fā)展含氟樹脂涂料,目前研制和生產(chǎn)單位已發(fā)展到70余家。據(jù)預測,我國氟碳涂料用量將以每年30%-40%的速率增加。
一、熱固性氟樹脂涂料
氟樹脂能抵抗紫外線襲擊,是耐候性優(yōu)異的重要條件,樹脂中氟原子的含量決定氟樹脂的耐候性。例如,聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂中氟原子含量達59.3%,與熱塑性丙烯酸樹脂配成有機塑溶膠,氟原子在總成膜物中占38%-44%,耐候性優(yōu)異。經(jīng)加速耐候性試驗(EMMAQUA法)推測,野外暴露20年后保光率仍達80%以上。
含羥基的氟樹脂(FEVE)用于常溫或中溫固化,其氟原子含量27%-29%,保光性略優(yōu)于PVDF。國內(nèi)合成FEVE樹脂產(chǎn)品經(jīng)過抽樣測試,其分子量分布較寬,涂膜人工老化3000h后,失光明顯,耐鹽霧性能也較差,與日本對比樣品差距較大。雖然氟原子含量都在26%以上,由于樹脂結構不合理,性能離要求較遠。
實際上,國外公司的FEVE工業(yè)產(chǎn)品性能也不能達到資料所提出的耐候性水平。一些FEVE樹脂人工老化4000h后涂膜失光也很明顯,原因是分子結構與分子量分布不易控制。因此需要采用常壓合成進行改進,改變氟烯烴的單體結構,使之變成液態(tài)產(chǎn)品。
二、含氟樹脂水分散體涂料
1.普通氟樹脂水分散體涂料
溶劑型含氟樹脂涂料中VOC使用量大,不符合環(huán)保要求,即使性能優(yōu)良,發(fā)展生命力也有限。日本最早開始研究降低VOC最有效的品種——水性氟樹脂涂料,1982年至今發(fā)表有關專利100多件,以旭硝子、DIC、大金3家公司為代表,品種方面也有較大發(fā)展。
①熱塑性單組分氟樹脂水分散體涂料
大金公司研制出了ZEFFLE SE系列含氟聚合物水分散體,是偏氟乙烯(VDF)共聚物與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在分子水平上的混合物。由于PMMA的酯基與PVDF單元之間相互作用強烈,使酯基能受到PVDF的保護,因此涂膜具有良好的耐水性及優(yōu)異的耐候性。公司用該系列涂料在日本都島地區(qū)進行了曝曬試驗,白漆樣板在30℃朝南曝曬5年后,用掃描電鏡和傅里葉紅外光譜(FTIR)對樣板表面的顏色、光澤變化進行分析評估,結果涂膜仍保持了其初始狀態(tài),說明該水性氟涂料具有優(yōu)異的耐候性與耐久性,而同時作為對照試樣的涂膜中成膜物已發(fā)生了降解。
②室溫交聯(lián)氟樹脂水分散體涂料
旭硝子公司利用種子乳液聚合技術合成了單組分可室溫交聯(lián)的PFEVE與含羰基的雙丙酮丙烯酰胺及其他丙烯酸單體聚合物,該類樹脂簡稱為FEVE-AC。FEVE與丙烯酸聚合物熱聚合,得到具有核殼結構的共聚物,能夠形成均相、透明的涂層,而物理混合的FEVE和丙烯酸乳液則形成分離的不透明涂層。在FEVE-AC涂料中,即使丙烯酸類單體含量占到總量的15%,通過SWM老化試驗4000h后保光率仍保持80%。所用固化劑是C1-C10二羧酸衍生的二酰肼類,如丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼等,它們和氟聚合物乳液中的活性官能團羰基發(fā)生固化交聯(lián)反應,用量為0.01%-10%,體系pH調(diào)至偏堿性,貯存穩(wěn)定。
③雙組分常溫固化氟樹脂水分散體涂料
旭硝子公司開發(fā)出FE-4200、4400等雙組分常溫固化的水分散氟樹脂涂料。在FEVE結構中引入具有內(nèi)乳化作用的聚氧乙烯基醚大分子單體(EOVE),制備出乳液型雙組分涂料用FEVE樹脂,它也是三氟氯乙烯(CTFE)和乙烯基醚的交替結構的共聚物。固化劑常用親水改性的多異氰酸酯,可以得到與溶劑型FEVE樹脂相似的性能。除用于混凝土、水泥板等無機建材表面(如外墻涂料)外,還可用于金屬底材,性能優(yōu)良。
綜上所述,水性氟樹脂涂料是將高性能與環(huán)保性協(xié)調(diào)發(fā)展、值得大力提倡的品種。近年來國內(nèi)也開始該領域的研究,如大連振邦、上海濕克威等企業(yè)都在研發(fā)與推廣自己的水性氟樹脂涂料。
2.水性氟彈性體涂料
以氟彈性體為基礎的涂料主要用于涂裝金屬、織物、水泥、塑料和橡膠。但溶劑型氟彈性涂料用酮類作溶劑,固體分在20%-40%,固化劑一般是胺和氨基硅烷,使用壽命(活化期)短,只有2-4h,涂料必須使用雙包裝。最新研制的水性氟彈性體聚合物引入分子內(nèi)或分子間可能發(fā)生交聯(lián)反應的官能團,采用部分水解的氨基硅烷作固化劑,優(yōu)化其用量,單包裝可以穩(wěn)定貯存4個月。水性氟彈性涂料減少了大量的VOC,可以取代溶劑型涂料在汽車、化學、航空和其他工業(yè)領域中應用。
三、超低表面自由能含氟聚合物涂料
聚四氟乙烯(PTFE)是表面自由能最低的樹脂,利用這個特點制成一系列防粘性涂料,因不易粘附食物,可在高溫下較長期應用,無臭味、無毒,廣泛用于鋁、鋁合金鑄件、不銹鋼、鐵及電木等材質(zhì)上,作為各種廚具內(nèi)部涂料,還可用在排油煙機、電木手柄上。
利用氟化合物的結構與表面自由能關系,設計新的更低表面自由能的含氟樹脂,還可進一步開發(fā)出許多新型涂料。例如,人們開始研究超低表面能的含氟樹脂在自清潔涂料中的應用(建筑涂料、鋁板上涂層),當潤濕角度大于160℃時,水珠極易滾落。自潔功能除取決于表面自由能之外,還與表面粗糙度有關。粗糙性越小,自潔性越好。
超低表面自由能含氟涂料還可用于海上船艦的水下防污,不需加防污劑,排除了防污劑污染海水問題。另一潛在用途是用作血液可摻混材料的涂層,如滲析膜、人造血管、醫(yī)學移植等,由于對人體血液中蛋白質(zhì)吸附性極小,因此可以提高與血液的相容性。
另外,人們利用氟樹脂透光性好、化學惰性、不燃性等特點,推出了光催化涂料、熒光涂料、阻燃涂料等,也已經(jīng)成為涂料工業(yè)研究的熱點。
含硅涂料重放異彩
目前全國溶劑型有機硅涂料產(chǎn)量約4000t/a,研發(fā)熱點主要集中在水性化、偶聯(lián)劑、新型有機硅單體以及含硅水性無機涂料等。
一、有機硅改性丙烯酸水分散體涂料
有機硅改性丙烯酸水分散體涂料綜合了兩種樹脂的優(yōu)點,具有優(yōu)異的耐候性、耐洗刷性和抗沾污性,同時作為水性涂料,將高性能與環(huán)保性相結合,是國內(nèi)外涂料界研究的一個熱點。有機硅改性涂料研究的重點是提高硅丙乳液聚合的穩(wěn)定性,提高有機硅在改性樹脂中含量,以獲得優(yōu)異性能的硅丙乳液。
國外已開發(fā)出耐久性超過10年以上的保光、抗沾污性良好的硅丙涂料。國內(nèi)有的單位正推廣有機硅含量15%-25%的有機硅改性丙烯酸乳液,但從技術指標分析,改進性能幅度并不大,最低成膜溫度較高,含VOC較高,性價比難以接受。因為有機硅改性丙烯酸的乳液聚合過程非常復雜,涉及因素較多,僅僅宏觀上得到含有機硅10%以上穩(wěn)定的乳液,不一定是最佳結構的乳液,因此趕上國外水平仍有待深入研究。
二、硅烷偶聯(lián)劑和前驅體應用于涂料
1.硅烷偶聯(lián)劑
近年來,歐美與日本以硅烷偶聯(lián)劑和硅溶膠(SiO2為基本單位的溶膠)及其他金屬氧化物、有機合成樹脂通過溶膠-凝膠技術,研制出系列有機-無機雜化涂料,可以用于金屬、水泥、塑料、木材的涂裝。該涂料光澤好、硬度高、阻燃性能強,耐候性可與氟樹脂涂料媲美;耐酸、耐堿及耐腐蝕性優(yōu)于環(huán)氧涂料;耐熱性突出,可以在500℃下長期工作,最高可耐800℃;用于內(nèi)外墻涂料具有自潔和抗菌功能;由于使用了硅烷偶聯(lián)劑,涂層與底材結合較牢固,其綜合性能大大超過溶劑型有機硅涂料。存在的問題是30℃下單包裝貯存只有90天,另外較高的硅烷偶聯(lián)劑的價格也導致涂料價格偏高。目前臺灣一些公司正在大陸推廣這類產(chǎn)品。
2.硅烷前驅體
在溶膠-凝膠技術中,常用四乙氧基硅烷(TEOS)作前驅體,除改性聚酯樹脂外,還可以用于聚丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂等的改性,得到的涂膜致密性、均一性強,但涂膜太薄(1μm左右),不適合用于單獨涂層。有人開發(fā)了一種新的硅烷前驅體,由三乙烯基三甲基環(huán)四硅氧烷偶聯(lián)劑在堿性條件下以HSiCl2CH3控制醇解,得到多乙氧基硅烷的純凈無色液體,通過縮聚反應,可獲得一種新型的多功能溶膠-凝膠的低聚物前驅體。這種低聚物前驅體有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性(貯存時間,3年),還具有更好成膜性能,可以配制汽車罩光漆,涂膜從4μm到25μm以上,不開裂;涂膜于玻璃上透明性好,硬度達到5H,不泛黃,保光性良好。
與有機硅改性其他樹脂的合成工藝相比,溶膠-凝膠法能簡便制備Si02(無機相)-有機樹脂復合成膜物。國外已對Si02與聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚酯、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、橡膠的復合材料進行了研究,其均勻性優(yōu)異、涂膜致密性強,同時提高了化學抗性、耐磨性、耐候性。雖然溶膠-凝膠法用于復合成膜物的制備尚處于試驗階段,但國外有關專家指出,它是涂料化學的一種新方法,為制備性能優(yōu)異的涂料復合成膜物展示了新的前景。
納米、清潔等涂料日益活躍
一、納米材料改性涂料
納米材料用于涂料中會增強其眾多功能,如納米TiO2用于光催化涂料,有凈化空氣的功能;納米SiO2改性建筑涂料能提高耐洗刷性、抗菌性和自潔性;納米改性隱身涂料已正式在飛機等航空器上使用。國內(nèi)外都曾報道其他功能性納米復合涂料和通用型納米復合涂料。由于前幾年對納米的過分炒作,使納米改性涂料的形象大受損害,但是從科學的角度認識,納米改性涂料仍是一個重要的發(fā)展方向。
二、超支化聚合物
具有樹枝狀結構的超支化聚合物由于具有特殊性能,受到了國內(nèi)外的重視。超支化聚酯樹脂分子呈球形,粘度低,涂膜性能好,在高固體分涂料中有潛在應用前景。超支化聚酯丙烯酸共聚物用于UV固化涂料,不用任何光敏劑,可降低UV固化涂料10%-40%的成本,使得超支化聚酯及其改性共聚物的研究備受青睞。
三、清潔涂裝技術
汽車等的涂裝如果使用溶劑型涂料,會產(chǎn)生大量VOC,并存在重金屬污染等問題。歐洲汽車涂裝(如戴姆勒-奔馳公司)用覆膜技術替代涂裝,盡量采用水性與粉末涂料,使車身涂裝的VOC排放量達到7g/m2,遠低于歐洲排放法規(guī)要求(從60g/m2降至35g/m2)。一些先進的汽車涂裝生產(chǎn)線進一步提出零VOC排放的概念。
國外在表面處理中簡化磷化、鉻鈍化工序的研發(fā)工作有較大進展,已成功應用水性醇酸涂裝與磷化、鈍化同步工藝,不僅簡化了工序,還革除了含Cr6+重金屬的鈍化劑;并開發(fā)成功環(huán)氧底漆、無VOC的丙烯酸乳膠、氣干性清漆的涂裝與磷化鈍化同步工藝。
國外成功采用改性的烷氧基硅烷和烷氧基前驅體,用于飛機制造中鋁合金、不銹鋼等表面處理,用溶膠-凝膠法制備轉化涂膜,代替了磷化與鈍化工藝,效果良好。
四、傳統(tǒng)品種的改進
醇酸涂料是量大面廣的傳統(tǒng)涂料品種,天然植物油是其主要原料之一,它是最早實現(xiàn)高固體分化的涂料品種?梢远喾竭M行改性是它得以不斷發(fā)展的重要原因之一。近年來溶膠-凝膠法也用于改性聚合干性油、半干性油及醇酸樹脂,用四異丙氧基鈦和四正丙氧基鋯作前驅體,制成醇酸陶瓷合金,涂膜性能有明顯改進。聚合豆油涂膜的鉛筆硬度是2B,制成聚合豆油陶瓷合金,其涂膜硬度可提高到5H-7H,耐水性也明顯提高。這是烷基金屬在涂料中新應用的實例。
我國從20世紀80年代開始發(fā)展含氟樹脂涂料,目前研制和生產(chǎn)單位已發(fā)展到70余家。據(jù)預測,我國氟碳涂料用量將以每年30%-40%的速率增加。
一、熱固性氟樹脂涂料
氟樹脂能抵抗紫外線襲擊,是耐候性優(yōu)異的重要條件,樹脂中氟原子的含量決定氟樹脂的耐候性。例如,聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂中氟原子含量達59.3%,與熱塑性丙烯酸樹脂配成有機塑溶膠,氟原子在總成膜物中占38%-44%,耐候性優(yōu)異。經(jīng)加速耐候性試驗(EMMAQUA法)推測,野外暴露20年后保光率仍達80%以上。
含羥基的氟樹脂(FEVE)用于常溫或中溫固化,其氟原子含量27%-29%,保光性略優(yōu)于PVDF。國內(nèi)合成FEVE樹脂產(chǎn)品經(jīng)過抽樣測試,其分子量分布較寬,涂膜人工老化3000h后,失光明顯,耐鹽霧性能也較差,與日本對比樣品差距較大。雖然氟原子含量都在26%以上,由于樹脂結構不合理,性能離要求較遠。
實際上,國外公司的FEVE工業(yè)產(chǎn)品性能也不能達到資料所提出的耐候性水平。一些FEVE樹脂人工老化4000h后涂膜失光也很明顯,原因是分子結構與分子量分布不易控制。因此需要采用常壓合成進行改進,改變氟烯烴的單體結構,使之變成液態(tài)產(chǎn)品。
二、含氟樹脂水分散體涂料
1.普通氟樹脂水分散體涂料
溶劑型含氟樹脂涂料中VOC使用量大,不符合環(huán)保要求,即使性能優(yōu)良,發(fā)展生命力也有限。日本最早開始研究降低VOC最有效的品種——水性氟樹脂涂料,1982年至今發(fā)表有關專利100多件,以旭硝子、DIC、大金3家公司為代表,品種方面也有較大發(fā)展。
①熱塑性單組分氟樹脂水分散體涂料
大金公司研制出了ZEFFLE SE系列含氟聚合物水分散體,是偏氟乙烯(VDF)共聚物與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在分子水平上的混合物。由于PMMA的酯基與PVDF單元之間相互作用強烈,使酯基能受到PVDF的保護,因此涂膜具有良好的耐水性及優(yōu)異的耐候性。公司用該系列涂料在日本都島地區(qū)進行了曝曬試驗,白漆樣板在30℃朝南曝曬5年后,用掃描電鏡和傅里葉紅外光譜(FTIR)對樣板表面的顏色、光澤變化進行分析評估,結果涂膜仍保持了其初始狀態(tài),說明該水性氟涂料具有優(yōu)異的耐候性與耐久性,而同時作為對照試樣的涂膜中成膜物已發(fā)生了降解。
②室溫交聯(lián)氟樹脂水分散體涂料
旭硝子公司利用種子乳液聚合技術合成了單組分可室溫交聯(lián)的PFEVE與含羰基的雙丙酮丙烯酰胺及其他丙烯酸單體聚合物,該類樹脂簡稱為FEVE-AC。FEVE與丙烯酸聚合物熱聚合,得到具有核殼結構的共聚物,能夠形成均相、透明的涂層,而物理混合的FEVE和丙烯酸乳液則形成分離的不透明涂層。在FEVE-AC涂料中,即使丙烯酸類單體含量占到總量的15%,通過SWM老化試驗4000h后保光率仍保持80%。所用固化劑是C1-C10二羧酸衍生的二酰肼類,如丙二酸二酰肼、癸二酸二酰肼等,它們和氟聚合物乳液中的活性官能團羰基發(fā)生固化交聯(lián)反應,用量為0.01%-10%,體系pH調(diào)至偏堿性,貯存穩(wěn)定。
③雙組分常溫固化氟樹脂水分散體涂料
旭硝子公司開發(fā)出FE-4200、4400等雙組分常溫固化的水分散氟樹脂涂料。在FEVE結構中引入具有內(nèi)乳化作用的聚氧乙烯基醚大分子單體(EOVE),制備出乳液型雙組分涂料用FEVE樹脂,它也是三氟氯乙烯(CTFE)和乙烯基醚的交替結構的共聚物。固化劑常用親水改性的多異氰酸酯,可以得到與溶劑型FEVE樹脂相似的性能。除用于混凝土、水泥板等無機建材表面(如外墻涂料)外,還可用于金屬底材,性能優(yōu)良。
綜上所述,水性氟樹脂涂料是將高性能與環(huán)保性協(xié)調(diào)發(fā)展、值得大力提倡的品種。近年來國內(nèi)也開始該領域的研究,如大連振邦、上海濕克威等企業(yè)都在研發(fā)與推廣自己的水性氟樹脂涂料。
2.水性氟彈性體涂料
以氟彈性體為基礎的涂料主要用于涂裝金屬、織物、水泥、塑料和橡膠。但溶劑型氟彈性涂料用酮類作溶劑,固體分在20%-40%,固化劑一般是胺和氨基硅烷,使用壽命(活化期)短,只有2-4h,涂料必須使用雙包裝。最新研制的水性氟彈性體聚合物引入分子內(nèi)或分子間可能發(fā)生交聯(lián)反應的官能團,采用部分水解的氨基硅烷作固化劑,優(yōu)化其用量,單包裝可以穩(wěn)定貯存4個月。水性氟彈性涂料減少了大量的VOC,可以取代溶劑型涂料在汽車、化學、航空和其他工業(yè)領域中應用。
三、超低表面自由能含氟聚合物涂料
聚四氟乙烯(PTFE)是表面自由能最低的樹脂,利用這個特點制成一系列防粘性涂料,因不易粘附食物,可在高溫下較長期應用,無臭味、無毒,廣泛用于鋁、鋁合金鑄件、不銹鋼、鐵及電木等材質(zhì)上,作為各種廚具內(nèi)部涂料,還可用在排油煙機、電木手柄上。
利用氟化合物的結構與表面自由能關系,設計新的更低表面自由能的含氟樹脂,還可進一步開發(fā)出許多新型涂料。例如,人們開始研究超低表面能的含氟樹脂在自清潔涂料中的應用(建筑涂料、鋁板上涂層),當潤濕角度大于160℃時,水珠極易滾落。自潔功能除取決于表面自由能之外,還與表面粗糙度有關。粗糙性越小,自潔性越好。
超低表面自由能含氟涂料還可用于海上船艦的水下防污,不需加防污劑,排除了防污劑污染海水問題。另一潛在用途是用作血液可摻混材料的涂層,如滲析膜、人造血管、醫(yī)學移植等,由于對人體血液中蛋白質(zhì)吸附性極小,因此可以提高與血液的相容性。
另外,人們利用氟樹脂透光性好、化學惰性、不燃性等特點,推出了光催化涂料、熒光涂料、阻燃涂料等,也已經(jīng)成為涂料工業(yè)研究的熱點。
含硅涂料重放異彩
目前全國溶劑型有機硅涂料產(chǎn)量約4000t/a,研發(fā)熱點主要集中在水性化、偶聯(lián)劑、新型有機硅單體以及含硅水性無機涂料等。
一、有機硅改性丙烯酸水分散體涂料
有機硅改性丙烯酸水分散體涂料綜合了兩種樹脂的優(yōu)點,具有優(yōu)異的耐候性、耐洗刷性和抗沾污性,同時作為水性涂料,將高性能與環(huán)保性相結合,是國內(nèi)外涂料界研究的一個熱點。有機硅改性涂料研究的重點是提高硅丙乳液聚合的穩(wěn)定性,提高有機硅在改性樹脂中含量,以獲得優(yōu)異性能的硅丙乳液。
國外已開發(fā)出耐久性超過10年以上的保光、抗沾污性良好的硅丙涂料。國內(nèi)有的單位正推廣有機硅含量15%-25%的有機硅改性丙烯酸乳液,但從技術指標分析,改進性能幅度并不大,最低成膜溫度較高,含VOC較高,性價比難以接受。因為有機硅改性丙烯酸的乳液聚合過程非常復雜,涉及因素較多,僅僅宏觀上得到含有機硅10%以上穩(wěn)定的乳液,不一定是最佳結構的乳液,因此趕上國外水平仍有待深入研究。
二、硅烷偶聯(lián)劑和前驅體應用于涂料
1.硅烷偶聯(lián)劑
近年來,歐美與日本以硅烷偶聯(lián)劑和硅溶膠(SiO2為基本單位的溶膠)及其他金屬氧化物、有機合成樹脂通過溶膠-凝膠技術,研制出系列有機-無機雜化涂料,可以用于金屬、水泥、塑料、木材的涂裝。該涂料光澤好、硬度高、阻燃性能強,耐候性可與氟樹脂涂料媲美;耐酸、耐堿及耐腐蝕性優(yōu)于環(huán)氧涂料;耐熱性突出,可以在500℃下長期工作,最高可耐800℃;用于內(nèi)外墻涂料具有自潔和抗菌功能;由于使用了硅烷偶聯(lián)劑,涂層與底材結合較牢固,其綜合性能大大超過溶劑型有機硅涂料。存在的問題是30℃下單包裝貯存只有90天,另外較高的硅烷偶聯(lián)劑的價格也導致涂料價格偏高。目前臺灣一些公司正在大陸推廣這類產(chǎn)品。
2.硅烷前驅體
在溶膠-凝膠技術中,常用四乙氧基硅烷(TEOS)作前驅體,除改性聚酯樹脂外,還可以用于聚丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂等的改性,得到的涂膜致密性、均一性強,但涂膜太薄(1μm左右),不適合用于單獨涂層。有人開發(fā)了一種新的硅烷前驅體,由三乙烯基三甲基環(huán)四硅氧烷偶聯(lián)劑在堿性條件下以HSiCl2CH3控制醇解,得到多乙氧基硅烷的純凈無色液體,通過縮聚反應,可獲得一種新型的多功能溶膠-凝膠的低聚物前驅體。這種低聚物前驅體有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性(貯存時間,3年),還具有更好成膜性能,可以配制汽車罩光漆,涂膜從4μm到25μm以上,不開裂;涂膜于玻璃上透明性好,硬度達到5H,不泛黃,保光性良好。
與有機硅改性其他樹脂的合成工藝相比,溶膠-凝膠法能簡便制備Si02(無機相)-有機樹脂復合成膜物。國外已對Si02與聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚酯、環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、橡膠的復合材料進行了研究,其均勻性優(yōu)異、涂膜致密性強,同時提高了化學抗性、耐磨性、耐候性。雖然溶膠-凝膠法用于復合成膜物的制備尚處于試驗階段,但國外有關專家指出,它是涂料化學的一種新方法,為制備性能優(yōu)異的涂料復合成膜物展示了新的前景。
納米、清潔等涂料日益活躍
一、納米材料改性涂料
納米材料用于涂料中會增強其眾多功能,如納米TiO2用于光催化涂料,有凈化空氣的功能;納米SiO2改性建筑涂料能提高耐洗刷性、抗菌性和自潔性;納米改性隱身涂料已正式在飛機等航空器上使用。國內(nèi)外都曾報道其他功能性納米復合涂料和通用型納米復合涂料。由于前幾年對納米的過分炒作,使納米改性涂料的形象大受損害,但是從科學的角度認識,納米改性涂料仍是一個重要的發(fā)展方向。
二、超支化聚合物
具有樹枝狀結構的超支化聚合物由于具有特殊性能,受到了國內(nèi)外的重視。超支化聚酯樹脂分子呈球形,粘度低,涂膜性能好,在高固體分涂料中有潛在應用前景。超支化聚酯丙烯酸共聚物用于UV固化涂料,不用任何光敏劑,可降低UV固化涂料10%-40%的成本,使得超支化聚酯及其改性共聚物的研究備受青睞。
三、清潔涂裝技術
汽車等的涂裝如果使用溶劑型涂料,會產(chǎn)生大量VOC,并存在重金屬污染等問題。歐洲汽車涂裝(如戴姆勒-奔馳公司)用覆膜技術替代涂裝,盡量采用水性與粉末涂料,使車身涂裝的VOC排放量達到7g/m2,遠低于歐洲排放法規(guī)要求(從60g/m2降至35g/m2)。一些先進的汽車涂裝生產(chǎn)線進一步提出零VOC排放的概念。
國外在表面處理中簡化磷化、鉻鈍化工序的研發(fā)工作有較大進展,已成功應用水性醇酸涂裝與磷化、鈍化同步工藝,不僅簡化了工序,還革除了含Cr6+重金屬的鈍化劑;并開發(fā)成功環(huán)氧底漆、無VOC的丙烯酸乳膠、氣干性清漆的涂裝與磷化鈍化同步工藝。
國外成功采用改性的烷氧基硅烷和烷氧基前驅體,用于飛機制造中鋁合金、不銹鋼等表面處理,用溶膠-凝膠法制備轉化涂膜,代替了磷化與鈍化工藝,效果良好。
四、傳統(tǒng)品種的改進
醇酸涂料是量大面廣的傳統(tǒng)涂料品種,天然植物油是其主要原料之一,它是最早實現(xiàn)高固體分化的涂料品種?梢远喾竭M行改性是它得以不斷發(fā)展的重要原因之一。近年來溶膠-凝膠法也用于改性聚合干性油、半干性油及醇酸樹脂,用四異丙氧基鈦和四正丙氧基鋯作前驅體,制成醇酸陶瓷合金,涂膜性能有明顯改進。聚合豆油涂膜的鉛筆硬度是2B,制成聚合豆油陶瓷合金,其涂膜硬度可提高到5H-7H,耐水性也明顯提高。這是烷基金屬在涂料中新應用的實例。