钛白粉如何应顺应下游纳米结构涂层的发展趋势

　　【中国市场调查网】纳米结构涂层的研究进展及发展趋势
　　
　　武利民，周树学
　　
　　(复旦大学材料科学系，教育部先进涂料工程研究中心，上海200433)
　　
　　摘要：从新型树脂合成方法、纳米粒子的直接引入、表面微纳结构的构建等三方面介绍了纳米结构涂层的研究进展，同时提出了纳米结构涂层制备中存在的问题及未来研究方向，以期为新一代功能涂层的开发提供参考。
　　
　　关键词：纳米结构涂层;纳米粒子;树脂;功能涂层
　　
　　0.引言
　　
　　随着世界各国对环境保护的高度重视，人们对生活品质的要求越来越高和各种高新技术产业的不断发展，对涂层的性能要求也不断提高。涂料产品的环保化、健康化、高性能化、多功能化和智能化发展已是社会发展必然之需求。但是，在涂料行业快速发展的今天，通过传统树脂合成方法或涂料配方设计来进一步提升现有涂层的性能和发展新一代功能涂层的空间已越来越小。近10年来，国内外一系列研究表明，纳米材料和纳米技术的应用可以突破传统树脂合成方法和涂料制备方法的技术瓶颈，为实现传统涂层的高性能化和获得新的功能涂层提供了可能。目前，国内外主要围绕新的树脂合成方法、纳米粒子的引入方式、涂层表面的纳米结构设计与构建等方面开展了纳米结构涂层的制备研究，并已取得了一定的进展。
　　
　　1.利用新的树脂合成方法获得新的成膜物
　　
　　树脂作为涂层的关键材料———成膜物质，直接影响涂层的物理、化学、机械性能和涂层的表面微观结构等。为此，近年来，人们试图通过探索新的树脂合成方法以获得新的树脂成膜物。例如，乳液聚合广泛用于合成树脂、涂料、塑料、橡胶和胶粘剂工业等。但常规乳液聚合一般需要使用大量的有机小分子乳化剂先在水相中形成胶束，然后通过引发剂引发溶解在水中的少量单体，产生低聚物自由基，这些自由基进入乳化剂胶束中进行链增长、链终止，乳胶粒子通过表面乳化剂分子的静电相斥和(或)空间位阻作用而稳定。但有机小分子乳化剂最终都残留在树脂中，对涂层的性能产生很大的负面影响(如耐污性和耐候性差等)。为此，近年来人们借助辅助单体，以酸-碱为驱动力，获得了新型无皂乳液聚合方法。例如，Armes等[1-3]利用纳米SiO2粒子表面硅羟基呈弱酸性的特点，在单体聚合中加入少量含碱性基团的辅助单体，在聚合过程中，纳米SiO2粒子通过酸-碱相互作用吸附到单体液滴或聚合物乳胶粒子表面，起乳化剂作用，整个过程中无需加入任何有机小分子乳化剂，获得了丙烯酸树脂的无皂乳液聚合方法。作者[4-6]也以酸-碱、静电或氢键为驱动力，获得了以纳米SiO2粒子为“乳化剂”的丙烯酸树脂的无皂乳液聚合方法。世界上最大的化工公司之一———德国BASF公司[7]将这种纳米SiO2粒子稳定的丙烯酸树脂无皂乳液进行工业化应用后，发现涂层的耐污性、耐水性、耐久性等都有显著提高。Schmid等[8]也对相关乳液的成膜性能进行了系统研究。作者在研究纳米SiO2/苯丙复合乳液成膜性能时，还发现了乳胶膜的光子晶体特性[9]，通过本方法，可以获得不需要任何颜料的色彩绚丽的结构色涂膜。Koukiotis等[10]通过微乳液聚合方法制备了高度透明的MMA/BA共聚物微乳液，固含量与普通的聚合物乳液相当。他们发现制备的乳液具有非常奇特的性质，不但制备的漆膜优异，而且最低成膜温度显著下降，为新型水性纳米树脂的开发奠定了良好的基础。另外，设计合成具有特定支化结构的纳米聚合物也是目前树脂研究的一个重要方向。据报道[11]，超支化聚合物在相同相对分子质量的前提下具有较线型聚合物更低的黏度，而树枝状聚合物的黏度完全不符合现有的黏度-相对分子质量规律，在纳米尺度范围内其黏度异乎寻常的降低，如图1所示，这为新型涂层用树脂的合成提供了巨大的潜在机会。

来源:涂料与涂装资讯网 作者：武利民，周树学