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期刊专利论文

国内功能涂料的研究进展

来源:互联网2020年04月15日

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国内功能涂料的研究进展

作者:于国玲,陈宛瑶,王学克,薛森堂,张继芳

(1.南阳农业职业学院,河南 南阳 473000;2.南阳理工学院生物与化学工程学院,河南 南阳 473000;3.南阳市水性环保涂料工程技术研究中心,河南 南阳 473000;4.南阳卧龙漆业有限公司,河南 南阳 473000)

来源:电镀与涂饰   2020年第2期

摘要

 

介绍了国内功能涂料方面的研究进展,包括水性防火阻尼双功能涂料、 低发射低反射涂料、电热涂料、长大型隧道用多功能纳米涂料、电磁波屏蔽涂料、智能控温涂料、氧化石墨烯/聚氨酯复合紫外光固化涂料、调湿抗菌涂料、隔热/耐磨透明涂料、太阳热反射涂料、转移涂料、自闭性聚合物水泥防水涂料、低VOC(挥发性有机物)常温固化氟碳涂料、水性硅藻内墙净化功能涂料、多功能净味绿色涂料、带湿带锈涂料、干粉质感涂料、抗碳化涂料、发光涂料、防涂鸦抗粘贴涂料等。

 

关键词

功能涂料;电磁波屏蔽;紫外光固化;控温;综述

 

 

引言
功能涂料,又称特种涂料,是具有防火、防水、防霉、防静电、防污、导电、耐高温、防海洋生物黏附、屏蔽电磁波、杀菌、示温、自发光、吸收红外线、屏蔽射线、防涂鸦、抗粘贴、防滑、减震、防碎裂飞溅、防噪声、反射太阳光、自润滑、可分解吸收有害物质、防结露等功能的涂料。功能涂料的最基本功能是防护,同时兼具其他特殊功能。其独特的功能使工业产品和设备的性能得到拓展和发挥。功能涂料对相关产业的改造升级和技术的发展起着重要的支撑和促进作用。近年来,我国对功能涂料的研究取得了一定进展。

 

 

1 国内功能涂料的研究进展
1.1 水性防火阻尼双功能涂料

陆文卿等用玻璃化转变温度不同的苯丙乳液(296DS)和丙烯酸酯乳液(S400F)共混作为成膜物,加入无机填料、防火助剂和增强材料,制备出水性防火阻尼双功能涂料。他们研究了碱式硫酸镁晶须(MHSH)和乳液的种类及用量对涂料防火和阻尼性能的影响。结果表明:乳液的玻璃化转变温度较低的话,涂料的防火性能会降低,但低温区的阻尼性能有所提高。MHSH加入后,涂料的防火和阻尼性能都有所提高。当MHSH为3%,乳液为24%时,涂料的防火和阻尼性能优势明显。

1.2 低发射低反射涂料

飞行器在飞行过程中会产生大量红外辐射,大部分能被大气吸收,但大气窗口波段的红外辐射无法 被大气衰减,容易被红外探测器捕获。何燕等以三元乙丙橡胶(EPDM)为基料,加入不同种类、数量和形貌的金属颜料,制备出EPDM/Al、EPDM/Cu、EPDM/Cu-Al和EPDM/Ni四种低发射低反射涂料。测试结果表明,用EPDM/Al粉和EPDM/Cu粉制备的涂层的太阳能反射率为0.38~0.53,红外发射率为0.33~0.40,具备低发射低反射性能,而且保温效果良好。

1.3 电热除冰和加热功能涂料

陆书葶先以石墨为主要导电介质,以水性含氟乳液为成膜物,制备出一种含氟水性电热涂料。测试表明:当石墨质量分数为30%时,涂层中形成了良好的导电网络,发热功率达到12.24 W。用20 V电压通电10 min,电热涂层的表面温度从26.2 °C上升到303.4 °C,涂膜上的冰块在63 s内融化。再以石墨烯为主要导电介质,以四氟树脂为成膜物,制备墨烯/氟树脂复合涂料。当石墨烯质量分数为 2.0%时,涂层的发热功率达到12.65 W。通入人体安全电压时,其表面温度从29.5 °C升高到142.8 °C。这种具有电热除冰和加热双重功能的涂料在户外显示屏、机场除冰、取暖等领域有很好的应用价值。

1.4 长大型隧道用多功能纳米涂料

王彤首先用溶胶−凝胶法制备出氮、钒单掺杂改性的纳米 TiO2,发现钒、氮的用量分别为 1.0%和3.0%时,纳米TiO2的可见光利用率明显提高。然后以P-C-N-氢氧化铝体系为阻燃材料,海泡石、膨胀蛭石等为无机隔热材料,高铝水泥等为粘结材料,添加气相SiO2、有机硅憎水剂及氮、钒单掺杂改性纳米TiO2来改性该防火体系。对涂膜性能的测试表明:该防火体系的耐火极限达到235 min,1 h内可见光下对汽车尾气中的NOx、HC(碳氢化合物)、CO2和CO的催化降解效率分别为23.4%、8.3%、2.9%和2.5%,涂层的水接触角为134.2°,具有防火、降解汽车尾气和自清洁功能,在长大型隧道中有很好的应用前景。

1.5 电磁波屏蔽涂料

管登高以丙烯酸树脂作为成膜物,以镍粉和镀Ni-Cu-La-B玻璃纤维为复合填料,制备出一种镀Ni-Cu-La-B玻璃纤维/镍粉/丙烯酸树脂电磁波屏蔽复合材料。结果表明,在300 kHz至1.5 GHz的频率范围内,该复合涂层电磁屏蔽效能为47.777~64.284 dB。因此,该涂层可应用于设备控制室、发射基站、医疗机构等电子设备较多的场合。

1.6 智能控温功能涂料

钟诚先通过水热法用体积不同的反应釜制备出二氧化钒粉体,然后选择不同的钨源和掺杂量制备出相转变温度为34.1 °C的二氧化钒粉体。当掺杂4%钨酸钠时,二氧化钒粉体的降温相转变温度为22 °C,升温相转变温度为34.1 °C,达到预期效果。将球磨处理的二氧化钒粉体加入室温的硫化硅橡胶涂料中,获得了一种可以根据环境温度自动调节红外光透过率的可逆热色功能性涂料。

1.7 紫外光(UV)固化涂料

邱凤仙等先以不同种类多元醇与二羟甲基丙酸(DMPA)、多异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和氧化石墨烯(GO)为原料,制备出氧化石墨烯/水性丙烯酸聚氨酯(GO-WPUA)预聚体。然后以巴斯夫的DAROCUR 1173为光引发剂,丙烯酸正丁酯−三缩丙二醇双丙烯酸酯(BA-TPGDA)为稀释剂,制得 UV固化氧化石墨烯/丙烯酸聚氨酯(GO-PUA)复合功能涂料,在电磁屏蔽领域有重要的应用价值。

1.8 调湿抗菌涂料

刘发锐以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为功能单体,与丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚,制备出阳离子聚丙烯酸酯共聚物乳液(PDBMA);然后用BA、AA、MMA、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与DMC共聚,制备了环氧交联型阳离子丙烯酸酯乳液(PGDBMA)。分别用PGDBMA和PDBMA为成膜物,添加无机多孔颜填料后可制备出具有多孔结构的调湿抗菌涂料,适用于居室、车站、医院、学校等公共场所的内墙涂料。

1.9 隔热耐磨透明涂料

张向雨先以甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、甲基二甲氧基硅烷制备出有机硅成膜剂,然后分别添加纳米二氧化硅溶胶(由正硅酸乙酯水解得到)和纳米氧化铟锡(ATO),制备出具有耐磨透明或隔热透明的有机硅涂料。对涂膜性能的测试和表征结果表明:这种有机硅隔热耐磨透明功能涂料综合性能优良,有较好的实用价值。

1.10 太阳热反射涂料

于献等先用KH570硅烷偶联剂对高折射率的钛白粉进行改性,然后以氟碳树脂和丙烯酸树脂为成膜物质,制备了有机溶剂型低成本太阳热反射涂料。当丙烯酸树脂与氟碳树脂的质量比为1∶3,钛白粉的质量分数为25%~30%,KH570的质量分数为4%时,制备的涂层有高达0.82的热反射率,与用昂贵的玻璃微珠做的黑瓷漆相当。

1.11 转移涂料

孙亚琴等采用水玻璃作为黏结剂,凹凸棒土或膨润土作为悬浮剂,石墨粉作为耐火填料,制备出铸造用转移涂料。研究表明:水玻璃的质量分数为 15%,凹凸棒土或膨润土的质量分数为 2%,有机酯的质量分数为 2%,石墨粉的质量分数为 40%时,转移涂料的综合性能较好。把未加有机酯的涂料涂在铸型后再喷洒有机酯进行转移,抗拉强度则更高。

侯红亮以乙醇为溶剂,通过自由基聚合研制出一种醇溶型转移涂料。当引发剂的质量分数为0.2%~0.3%,BA与MMA的质量分数为1∶1.4时,所得转移涂料的硬度为H,光泽较好。他又用种子乳液聚合法制备出乳液型丙烯酸酯转移涂料。结果表明:当软硬单体的质量比为1∶1.3时,涂膜的表面能高于涤纶(PET),剥离干净。他还制备了水溶型丙烯酸酯转移涂料。当丙烯酸类单体的质量分数为 10%,中和度为75%时,涂膜的光泽较好,硬度为H~2H,与PET基膜剥离干净。总的来说:醇溶型涂层的耐溶剂性能一般,光泽较好;乳液型涂层的耐水性和耐溶剂性较好;水溶型涂层成膜性能优良。它们可分别应用于不同的场合。

1.12 自闭性聚合物水泥防水涂料

张孟霞把渗透结晶活性组分加入丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料的配方中,制备出具有裂缝自修复功能的新型自闭性聚合物水泥防水涂料,并探讨了渗透结晶活性组分用量、液粉比、水泥种类和用量对涂膜自闭性和力学性能的影响。结果表明:配方优化后制得的产品自闭性不超过30 h,拉伸强度3.5 MPa,各项性能均满足国标GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》的要求。

1.13 低VOC常温固化氟碳涂料

潘云飞等以新型氟丙烯乙烯基醚(FPVE)氟树脂作为成膜基料,用拜耳Desmodur Z4470与 BayerN3390复配作为固化剂,选用合适的颜填料、助剂等,制备出一种低 VOC的高性能常温固化氟碳涂料。其防腐性能与耐候性能俱佳。

1.14 多功能净味绿色涂料

彭伏德以软硬丙烯酸酯单体 BA、MMA、AA、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸(MAA)、乙二酸肼和双丙酮丙烯酰胺为主要原料,用经修饰处理的纳米无机颗粒[TiO2、有机蒙脱土(OMMT)、SiO2]混合物替代传统有机表面活性剂,通过无皂乳液聚合法合成出具有核−壳结构,低或零VOC的净味聚合物乳液。用该乳液配制的净味绿色环保涂料仅需添加很少,甚至无需添加成膜助剂,即可在低温环境下成膜,不燃、无味、无毒,VOC含量极低,涂膜具有优异的耐水性、附着力、抗沾污性、抗开裂性、耐候性、防潮性、耐擦洗性和防霉防藻性。

1.15 水性硅藻内墙净化功能涂料

孙天宇等以低VOC含量的乳液为成膜物,硅藻土为功能填料,辅助添加环保助剂等,制备出一种水性硅藻液态内墙涂料,并研究了硅藻土用量和颜基比对涂层的空气净化能力和耐洗刷性的影响。结果表明:当硅藻土用量为100 g时,甲醛净化效率超过65%。

1.16 带湿带锈涂料

向永华以环氧树脂E20为成膜物质,添加乙酰丙酮渗透剂、X800-1转锈树脂、三聚磷酸二氢铝、氧化锌、磷酸锌等稳锈颜填料,以腰果酚改性胺为固化剂,研制出一种带湿带锈涂料。该涂料可带湿带锈涂装,在沿海趸船装备上有一定的应用前景。

1.17 干粉质感涂料

李诚诚用由钢厂固体废弃物制备的钢渣砂代替天然砂,与颜填料、丙烯酸酯乳胶粉、木纤维、消泡剂、分散剂、憎水剂、羟乙基纤维素醚和触变润滑剂混合,制备出了一种新型干粉质感涂料。其涂膜粘结强度高,耐水性、耐候性和耐碱性均满足国家标准。

1.18 抗碳化涂料

闵婕研制出一种双组分无机渗透性抗碳化涂料。当甲组分中水玻璃为24 g、磷酸三钠为1 g、氢氧化钠为4.08 g、硅烷偶联剂为0.144 g、尿素为2 g,乙组分中烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为3 g、聚乙烯醇(PVA)为12 g时,所得涂层可显著提高混凝土的抗碳化、抗渗、耐水等性能,而且成本明显低于聚氨酯防碳化涂料和改性环氧基防水防碳化涂料。

1.19 发光涂料

徐建晖等用长余辉发光材料和高分子树脂研制出一种长余辉路面自发光涂料,可把太阳光能储存起来,晚上自发光长达6 h。张伟等研究了蓄能发光涂料在富龙高速平耶3号隧道的应用效果,延时发光可达10 h,增光增亮率为27.79%。冯守中等也研究了蓄能发光涂料在隧道中的应用,其显色指数比未添加发光材料时提高3~17,增光率大于25%,具有良好的经济效益。

1.20 防涂鸦抗粘贴涂料

东南大学的肖国民等发明了一种防涂鸦抗粘贴涂料。具体的制备方法如下:先将颜填料与羟基丙烯酸树脂、溶剂和助剂搅拌均匀,研磨成浆料,然后加入氟烷基改性聚硅氧烷,高速分散0.5~2.0 h后过滤,即得A组分;B组分为多异氰酸酯预聚物。使用时将A、B混合均匀即可。当羟基丙烯酸树脂的质量分数为20%~42%,氟烷基改性聚硅氧烷的质量分数为4%~20%,A、B组分的质量比为(2~8)∶1时,涂膜的摩擦因数小,表面能较低,具有超强的耐擦洗性和优异的防涂鸦抗粘贴性。

 
 
2 结语
功能涂料的技术附加值高,国内外相关的科研机构都非常重视功能涂料的研发与应用。未来功能涂料的市场主要是新兴特种领域和面向中高端用户。提高已有功能涂料的性能,拓宽其应用领域,开发新型特种功能涂料是功能涂料的研究方向。

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参《电镀与涂饰2020年第2期。

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