國內功能涂料的研究進展
作者:于國玲,陳宛瑤,王學克,薛森堂,張繼芳
(1.南陽農業職業學院,河南 南陽 473000;2.南陽理工學院生物與化學工程學院,河南 南陽 473000;3.南陽市水性環保涂料工程技術研究中心,河南 南陽 473000;4.南陽臥龍漆業有限公司,河南 南陽 473000)
來源:電鍍與涂飾 2020年第2期
功能涂料;電磁波屏蔽;紫外光固化;控溫;綜述
陸文卿等用玻璃化轉變溫度不同的苯丙乳液(296DS)和丙烯酸酯乳液(S400F)共混作為成膜物,加入無機填料、防火助劑和增強材料,制備出水性防火阻尼雙功能涂料。他們研究了堿式硫酸鎂晶須(MHSH)和乳液的種類及用量對涂料防火和阻尼性能的影響。結果表明:乳液的玻璃化轉變溫度較低的話,涂料的防火性能會降低,但低溫區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。當MHSH為3%,乳液為24%時,涂料的防火和阻尼性能優勢明顯。
1.2 低發射低反射涂料
飛行器在飛行過程中會產生大量紅外輻射,大部分能被大氣吸收,但大氣窗口波段的紅外輻射無法 被大氣衰減,容易被紅外探測器捕獲。何燕等以三元乙丙橡膠(EPDM)為基料,加入不同種類、數量和形貌的金屬顏料,制備出EPDM/Al、EPDM/Cu、EPDM/Cu-Al和EPDM/Ni四種低發射低反射涂料。測試結果表明,用EPDM/Al粉和EPDM/Cu粉制備的涂層的太陽能反射率為0.38~0.53,紅外發射率為0.33~0.40,具備低發射低反射性能,而且保溫效果良好。
1.3 電熱除冰和加熱功能涂料
陸書葶先以石墨為主要導電介質,以水性含氟乳液為成膜物,制備出一種含氟水性電熱涂料。測試表明:當石墨質量分數為30%時,涂層中形成了良好的導電網絡,發熱功率達到12.24 W。用20 V電壓通電10 min,電熱涂層的表面溫度從26.2 °C上升到303.4 °C,涂膜上的冰塊在63 s內融化。再以石墨烯為主要導電介質,以四氟樹脂為成膜物,制備墨烯/氟樹脂復合涂料。當石墨烯質量分數為 2.0%時,涂層的發熱功率達到12.65 W。通入人體安全電壓時,其表面溫度從29.5 °C升高到142.8 °C。這種具有電熱除冰和加熱雙重功能的涂料在戶外顯示屏、機場除冰、取暖等領域有很好的應用價值。
1.4 長大型隧道用多功能納米涂料
王彤首先用溶膠−凝膠法制備出氮、釩單摻雜改性的納米 TiO2,發現釩、氮的用量分別為 1.0%和3.0%時,納米TiO2的可見光利用率明顯提高。然后以P-C-N-氫氧化鋁體系為阻燃材料,海泡石、膨脹蛭石等為無機隔熱材料,高鋁水泥等為粘結材料,添加氣相SiO2、有機硅憎水劑及氮、釩單摻雜改性納米TiO2來改性該防火體系。對涂膜性能的測試表明:該防火體系的耐火極限達到235 min,1 h內可見光下對汽車尾氣中的NOx、HC(碳氫化合物)、CO2和CO的催化降解效率分別為23.4%、8.3%、2.9%和2.5%,涂層的水接觸角為134.2°,具有防火、降解汽車尾氣和自清潔功能,在長大型隧道中有很好的應用前景。
1.5 電磁波屏蔽涂料
管登高以丙烯酸樹脂作為成膜物,以鎳粉和鍍Ni-Cu-La-B玻璃纖維為復合填料,制備出一種鍍Ni-Cu-La-B玻璃纖維/鎳粉/丙烯酸樹脂電磁波屏蔽復合材料。結果表明,在300 kHz至1.5 GHz的頻率范圍內,該復合涂層電磁屏蔽效能為47.777~64.284 dB。因此,該涂層可應用于設備控制室、發射基站、醫療機構等電子設備較多的場合。
1.6 智能控溫功能涂料
鐘誠先通過水熱法用體積不同的反應釜制備出二氧化釩粉體,然后選擇不同的鎢源和摻雜量制備出相轉變溫度為34.1 °C的二氧化釩粉體。當摻雜4%鎢酸鈉時,二氧化釩粉體的降溫相轉變溫度為22 °C,升溫相轉變溫度為34.1 °C,達到預期效果。將球磨處理的二氧化釩粉體加入室溫的硫化硅橡膠涂料中,獲得了一種可以根據環境溫度自動調節紅外光透過率的可逆熱色功能性涂料。
1.7 紫外光(UV)固化涂料
邱鳳仙等先以不同種類多元醇與二羥甲基丙酸(DMPA)、多異氰酸酯、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)和氧化石墨烯(GO)為原料,制備出氧化石墨烯/水性丙烯酸聚氨酯(GO-WPUA)預聚體。然后以巴斯夫的DAROCUR 1173為光引發劑,丙烯酸正丁酯−三縮丙二醇雙丙烯酸酯(BA-TPGDA)為稀釋劑,制得 UV固化氧化石墨烯/丙烯酸聚氨酯(GO-PUA)復合功能涂料,在電磁屏蔽領域有重要的應用價值。
1.8 調濕抗菌涂料
劉發銳以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)為功能單體,與丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚,制備出陽離子聚丙烯酸酯共聚物乳液(PDBMA);然后用BA、AA、MMA、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)與DMC共聚,制備了環氧交聯型陽離子丙烯酸酯乳液(PGDBMA)。分別用PGDBMA和PDBMA為成膜物,添加無機多孔顏填料后可制備出具有多孔結構的調濕抗菌涂料,適用于居室、車站、醫院、學校等公共場所的內墻涂料。
1.9 隔熱耐磨透明涂料
張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備出有機硅成膜劑,然后分別添加納米二氧化硅溶膠(由正硅酸乙酯水解得到)和納米氧化銦錫(ATO),制備出具有耐磨透明或隔熱透明的有機硅涂料。對涂膜性能的測試和表征結果表明:這種有機硅隔熱耐磨透明功能涂料綜合性能優良,有較好的實用價值。
1.10 太陽熱反射涂料
于獻等先用KH570硅烷偶聯劑對高折射率的鈦白粉進行改性,然后以氟碳樹脂和丙烯酸樹脂為成膜物質,制備了有機溶劑型低成本太陽熱反射涂料。當丙烯酸樹脂與氟碳樹脂的質量比為1∶3,鈦白粉的質量分數為25%~30%,KH570的質量分數為4%時,制備的涂層有高達0.82的熱反射率,與用昂貴的玻璃微珠做的黑瓷漆相當。
1.11 轉移涂料
孫亞琴等采用水玻璃作為黏結劑,凹凸棒土或膨潤土作為懸浮劑,石墨粉作為耐火填料,制備出鑄造用轉移涂料。研究表明:水玻璃的質量分數為 15%,凹凸棒土或膨潤土的質量分數為 2%,有機酯的質量分數為 2%,石墨粉的質量分數為 40%時,轉移涂料的綜合性能較好。把未加有機酯的涂料涂在鑄型后再噴灑有機酯進行轉移,抗拉強度則更高。
侯紅亮以乙醇為溶劑,通過自由基聚合研制出一種醇溶型轉移涂料。當引發劑的質量分數為0.2%~0.3%,BA與MMA的質量分數為1∶1.4時,所得轉移涂料的硬度為H,光澤較好。他又用種子乳液聚合法制備出乳液型丙烯酸酯轉移涂料。結果表明:當軟硬單體的質量比為1∶1.3時,涂膜的表面能高于滌綸(PET),剝離干凈。他還制備了水溶型丙烯酸酯轉移涂料。當丙烯酸類單體的質量分數為 10%,中和度為75%時,涂膜的光澤較好,硬度為H~2H,與PET基膜剝離干凈。總的來說:醇溶型涂層的耐溶劑性能一般,光澤較好;乳液型涂層的耐水性和耐溶劑性較好;水溶型涂層成膜性能優良。它們可分別應用于不同的場合。
1.12 自閉性聚合物水泥防水涂料
張孟霞把滲透結晶活性組分加入丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料的配方中,制備出具有裂縫自修復功能的新型自閉性聚合物水泥防水涂料,并探討了滲透結晶活性組分用量、液粉比、水泥種類和用量對涂膜自閉性和力學性能的影響。結果表明:配方優化后制得的產品自閉性不超過30 h,拉伸強度3.5 MPa,各項性能均滿足國標GB/T 23445-2009《聚合物水泥防水涂料》的要求。
1.13 低VOC常溫固化氟碳涂料
潘云飛等以新型氟丙烯乙烯基醚(FPVE)氟樹脂作為成膜基料,用拜耳Desmodur Z4470與 BayerN3390復配作為固化劑,選用合適的顏填料、助劑等,制備出一種低 VOC的高性能常溫固化氟碳涂料。其防腐性能與耐候性能俱佳。
1.14 多功能凈味綠色涂料
彭伏德以軟硬丙烯酸酯單體 BA、MMA、AA、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸(MAA)、乙二酸肼和雙丙酮丙烯酰胺為主要原料,用經修飾處理的納米無機顆粒[TiO2、有機蒙脫土(OMMT)、SiO2]混合物替代傳統有機表面活性劑,通過無皂乳液聚合法合成出具有核−殼結構,低或零VOC的凈味聚合物乳液。用該乳液配制的凈味綠色環保涂料僅需添加很少,甚至無需添加成膜助劑,即可在低溫環境下成膜,不燃、無味、無毒,VOC含量極低,涂膜具有優異的耐水性、附著力、抗沾污性、抗開裂性、耐候性、防潮性、耐擦洗性和防霉防藻性。
1.15 水性硅藻內墻凈化功能涂料
孫天宇等以低VOC含量的乳液為成膜物,硅藻土為功能填料,輔助添加環保助劑等,制備出一種水性硅藻液態內墻涂料,并研究了硅藻土用量和顏基比對涂層的空氣凈化能力和耐洗刷性的影響。結果表明:當硅藻土用量為100 g時,甲醛凈化效率超過65%。
1.16 帶濕帶銹涂料
向永華以環氧樹脂E20為成膜物質,添加乙酰丙酮滲透劑、X800-1轉銹樹脂、三聚磷酸二氫鋁、氧化鋅、磷酸鋅等穩銹顏填料,以腰果酚改性胺為固化劑,研制出一種帶濕帶銹涂料。該涂料可帶濕帶銹涂裝,在沿海躉船裝備上有一定的應用前景。
1.17 干粉質感涂料
李誠誠用由鋼廠固體廢棄物制備的鋼渣砂代替天然砂,與顏填料、丙烯酸酯乳膠粉、木纖維、消泡劑、分散劑、憎水劑、羥乙基纖維素醚和觸變潤滑劑混合,制備出了一種新型干粉質感涂料。其涂膜粘結強度高,耐水性、耐候性和耐堿性均滿足國家標準。
1.18 抗碳化涂料
閔婕研制出一種雙組分無機滲透性抗碳化涂料。當甲組分中水玻璃為24 g、磷酸三鈉為1 g、氫氧化鈉為4.08 g、硅烷偶聯劑為0.144 g、尿素為2 g,乙組分中烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)為3 g、聚乙烯醇(PVA)為12 g時,所得涂層可顯著提高混凝土的抗碳化、抗滲、耐水等性能,而且成本明顯低于聚氨酯防碳化涂料和改性環氧基防水防碳化涂料。
1.19 發光涂料
徐建暉等用長余輝發光材料和高分子樹脂研制出一種長余輝路面自發光涂料,可把太陽光能儲存起來,晚上自發光長達6 h。張偉等研究了蓄能發光涂料在富龍高速平耶3號隧道的應用效果,延時發光可達10 h,增光增亮率為27.79%。馮守中等也研究了蓄能發光涂料在隧道中的應用,其顯色指數比未添加發光材料時提高3~17,增光率大于25%,具有良好的經濟效益。
1.20 防涂鴉抗粘貼涂料
東南大學的肖國民等發明了一種防涂鴉抗粘貼涂料。具體的制備方法如下:先將顏填料與羥基丙烯酸樹脂、溶劑和助劑攪拌均勻,研磨成漿料,然后加入氟烷基改性聚硅氧烷,高速分散0.5~2.0 h后過濾,即得A組分;B組分為多異氰酸酯預聚物。使用時將A、B混合均勻即可。當羥基丙烯酸樹脂的質量分數為20%~42%,氟烷基改性聚硅氧烷的質量分數為4%~20%,A、B組分的質量比為(2~8)∶1時,涂膜的摩擦因數小,表面能較低,具有超強的耐擦洗性和優異的防涂鴉抗粘貼性。
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