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聚丙烯酸酯涂層的制備與應(yīng)用分析*

2024-03-27 18:46劉桃鳳
福建輕紡 2024年1期
關(guān)鍵詞:附著力丙烯酸酯耐腐蝕性

劉桃鳳

(泉州海洋職業(yè)學(xué)院 海洋工程學(xué)院,福建 石獅 362700)

0 引言

涂料品種繁多,其中聚丙烯酸酯涂料憑借成本低廉、成膜性好而成為涂料發(fā)展的熱點[1]。聚丙烯酸酯涂層是一種常用的功能性涂層,具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕、耐熱、耐磨損等性能。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,聚丙烯酸酯涂層在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。為了滿足不同領(lǐng)域?qū)郾┧狨ネ繉拥牟煌螅剿魍繉拥闹苽浞椒ê蛻?yīng)用性能是很有必要的。本文對聚丙烯酸酯涂層的制備與應(yīng)用進(jìn)行了闡述,分析當(dāng)前聚丙烯酸酯涂層在各領(lǐng)域的應(yīng)用情況,針對應(yīng)用過程中出現(xiàn)的典型問題提出解決方法,為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。

1 聚丙烯酸酯涂層的制備方法

聚丙烯酸酯涂層制備方法很多,較為成熟的方法有溶液法、懸浮液法、電化學(xué)沉積法等,各種制備方法均有各自特點。

1.1 溶液法

將聚丙烯酸酯粉末加入有機(jī)溶劑中,如甲苯、丙酮等,制備成聚丙烯酸酯溶液,并在聚丙烯酸酯溶液中加入適量的交聯(lián)劑,如丙烯酸、甲基丙烯酸等,以提高涂層的耐久性和機(jī)械強(qiáng)度[2],而后在混合好的溶液中慢慢加入如十二烷基苯磺酸鈉等穩(wěn)定劑以保證涂層的穩(wěn)定性和均勻性,將混合好的溶液攪拌均勻,使其成為均勻的涂層溶液。在需要涂覆的表面上,利用刷子、噴霧器等涂布裝置,將涂層溶液均勻地涂布在表面上,待涂層干燥凝固,即可得到一層均勻的聚丙烯酸酯涂層。

該方法制備的涂料價格相對比較貴,若為溶劑型溶液則制備過程消耗溶劑,需要將溶劑回收,設(shè)備利用率低,導(dǎo)致成本增加,同時也存在溶劑導(dǎo)致環(huán)境污染等問題。

1.2 懸浮液法

準(zhǔn)備聚合物懸浮液,將聚丙烯酸酯粉末加入水中,并加入適量的分散劑和穩(wěn)定劑,攪拌均勻形成懸浮液;調(diào)節(jié)反應(yīng)條件,控制懸浮液中聚合物顆粒的粒徑和濃度,調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和pH值,調(diào)節(jié)引發(fā)劑的用量和種類,以控制聚合反應(yīng)的速率和質(zhì)量[3]。涂覆制備是將待涂覆基材浸泡于聚合物懸浮液中,使其表面吸附一層聚合物顆粒,然后將其干燥或烘干,形成聚丙烯酸酯涂層。聚丙烯酸酯涂層的膜層厚度通常在數(shù)十微米至數(shù)百微米之間,可以通過不同的涂覆工藝進(jìn)行調(diào)控。較大的膜層厚度可以提高涂層的耐磨性、耐腐蝕性和抗壓強(qiáng)度,但同時也可能降低涂層的柔韌性和耐沖擊性。部分產(chǎn)品應(yīng)用時還需對所制備的聚丙烯酸酯涂層進(jìn)行后處理,如熱處理、紫外線照射等以提高其性能和穩(wěn)定性。

1.3 電化學(xué)沉積法

電沉積有機(jī)涂層工藝是一種常用的表面處理技術(shù),它可以在金屬表面上形成一層有機(jī)涂層。電解液準(zhǔn)備:將丙烯酸酯單體與溶劑混合,加入電解質(zhì),使其成為適宜的電解液;基材準(zhǔn)備:將待涂層的基材表面清潔干燥,并在表面形成一層金屬導(dǎo)電層,以便于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行;進(jìn)行電化學(xué)沉積:將準(zhǔn)備好的電解液倒入電化學(xué)池中,將基材放置于電解液中,通過施加電壓使電流在基材表面產(chǎn)生氧化還原反應(yīng),從而在基材表面沉積聚丙烯酸酯薄膜;涂層處理:將沉積好的聚丙烯酸酯涂層進(jìn)行后續(xù)處理,包括去除電解液、清洗、烘干等步驟,使其完全形成穩(wěn)定的涂層。

用該方法制備的聚丙烯酸酯涂層可以提高被涂覆金屬的耐化學(xué)性和耐高溫性,但這種方法對于理想的、復(fù)雜組織的薄膜材料有一定的難度,可能因未達(dá)到設(shè)計目標(biāo)而導(dǎo)致生產(chǎn)的涂層使用性能降低。

2 聚丙烯酸酯涂層的應(yīng)用及常見問題解決方案

2.1 聚丙烯酸酯涂層的應(yīng)用

在化工、石化、電力、水利、船舶等行業(yè)中,聚丙烯酸酯涂層被廣泛應(yīng)用于管道、儲罐、設(shè)備等的內(nèi)部和外部防腐保護(hù)。其優(yōu)異的耐腐蝕性能可以有效地防止化學(xué)介質(zhì)對設(shè)備和管道的侵蝕,延長其使用壽命。在光學(xué)涂層領(lǐng)域,例如在攝影、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、激光器、太陽能電池、LED燈等方面都有著重要的應(yīng)用,用于光學(xué)涂層可以提高透過率、增強(qiáng)反射率、改善色彩和對比度等光學(xué)性能,同時還可以保護(hù)光學(xué)元件表面免受氧化、腐蝕和機(jī)械損傷的影響。聚丙烯酸酯涂層在鋰離子電池的正極材料中發(fā)揮重要作用,可以作為一種保護(hù)層,有效防止電池正極材料與電解液之間發(fā)生直接接觸,從而在一定程度上減緩正極材料的腐蝕和劣化,有效延長電池的使用壽命。還可以提高電池正極材料的電化學(xué)性能,在提高其循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率方面有明顯效果。此外,聚丙烯酸酯涂層還可以用于燃料電池中的電極材料。

在建筑領(lǐng)域,聚丙烯酸酯涂層可以用于墻體、屋頂、地板等建筑材料的防水、防污、防腐蝕等方面,提高建筑物的耐久性和美觀度。在汽車制造領(lǐng)域,聚丙烯酸酯涂層可以用于汽車油箱、排氣管、車身等部位的防腐蝕、防刮花等方面,提高汽車的使用壽命和外觀質(zhì)量。在食品包裝領(lǐng)域,聚丙烯酸酯涂層可以用于食品包裝袋等包裝材料的防潮、防氧化、保鮮等方面,保證食品的質(zhì)量和安全。在醫(yī)療器械領(lǐng)域,聚丙烯酸酯涂層可以用于醫(yī)療器械的防腐蝕、抗菌等方面,提高醫(yī)療器械的安全性和衛(wèi)生性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,如在人工關(guān)節(jié)和牙科植入物等醫(yī)療器械上,聚丙烯酸酯涂層可以增強(qiáng)器械表面的生物相容性,并減少其與周圍組織的摩擦,還可以提供更好的抗菌性能,減少術(shù)后感染的風(fēng)險。

2.2 聚丙烯酸酯涂層常見問題解決方案

聚丙烯酸酯涂料具有良好使用性能,屬于一種新型優(yōu)質(zhì)涂料。其性能主要有:光澤度好,可以制成水白色清漆或者是純白色的白磁漆;耐光性好,在紫外線照射下不會變黃或者發(fā)生分解,可以長時間維持原有色澤;耐熱性好,能夠作為中性涂料,與鋁粉和銅粉等混合,具有金銀一樣色澤,抗酸堿腐蝕,耐油脂;且能夠長期貯存,不會發(fā)生變質(zhì)等情況。

但在高溫高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿等惡劣環(huán)境下,聚丙烯酸酯涂層容易出現(xiàn)劃痕、剝落等現(xiàn)象。因此,通常需要在生產(chǎn)過程中,通過添加硬度劑、改變涂層結(jié)構(gòu)等方式來提高涂層的表面硬度。此外,在長期的紫外線、高溫等環(huán)境下,涂層容易出現(xiàn)變色、老化等現(xiàn)象,影響使用壽命。因此,需要通過添加穩(wěn)定劑、改變涂層配方等方式來提高涂層的耐候性。

針對聚丙烯酯涂層在相關(guān)應(yīng)用中出現(xiàn)的常見問題,提出以下幾點處理措施。

2.2.1 聚丙烯酸酯涂層的附著力不夠強(qiáng),易剝落

⑴ 表面處理:在涂覆前對基材表面進(jìn)行處理,如噴砂、酸洗、電離等可以增加涂層與基材的黏結(jié)力。

⑵ 選擇合適的底漆:底漆的選擇對涂層的附著力有很大影響,應(yīng)選擇與聚丙烯酸酯涂料相兼容的底漆以提高其附著力。

⑶ 增加涂層厚度:適當(dāng)增加涂層厚度可以提高附著力,但過厚的涂層可能會導(dǎo)致表面開裂,須選擇合適的涂層厚度。

⑷ 選擇合適的固化劑:固化劑的選擇也對涂層附著力有影響,應(yīng)根據(jù)涂料的特性選擇合適的固化劑,并注意固化時間和溫度的控制。

⑸ 檢查施工工藝:施工過程中應(yīng)注意涂層的均勻性和涂層間的干燥時間,避免因不當(dāng)?shù)氖┕すに嚩绊懲繉痈街Α?/p>

2.2.2 聚丙烯酸酯涂層的耐腐蝕性不佳

⑴ 優(yōu)化涂層配方:通過調(diào)整聚合物種類、添加防腐劑等手段,改善涂層的耐腐蝕性能。

⑵ 提高涂層厚度:增加涂層的厚度可以提高其耐腐蝕性能,但需要考慮到涂層厚度的限制,以免影響涂層的附著力和使用壽命。

⑶ 加強(qiáng)表面預(yù)處理:在涂裝之前,對基材表面進(jìn)行鈍化、噴砂等處理,可以有效提高涂層與基材的附著力,同時也有助于提高涂層的耐腐蝕性能。

⑷ 引入新型涂裝技術(shù):如電泳涂裝、噴涂熱噴涂等技術(shù)能夠提高涂層的均勻性和密度,從而提高其耐腐蝕性能。

2.2.3 聚丙烯酸酯涂層的色澤不均勻

⑴ 涂料混合均勻:在使用涂料前,應(yīng)將涂料容器充分?jǐn)嚢?,確保涂料混合均勻。⑵ 嚴(yán)格控制涂料配比:按涂料說明書中的比例和要求進(jìn)行配比,確保涂料黏度一致。

⑶ 涂料施工均勻:在涂料施工過程中,注意涂料刷涂的方向、厚度和次數(shù)等細(xì)節(jié),確保涂料施工均勻,避免出現(xiàn)色差。

3 聚丙烯酸酯涂層的改性及發(fā)展趨勢

3.1 聚丙烯酸酯涂層的改性

聚丙烯酸酯涂層的性能提升目前有很多研究方向,綜合起來主要分為兩個方面:

一方面通過改變聚丙烯酸酯材料的成分來提高涂層的性能。例如添加一定比例的納米顆?;蚣{米填料可以增強(qiáng)涂層的硬度和耐磨性。也可以通過添加適量的功能性添加劑來改善聚丙烯酸酯涂層的性能,例如:添加紫外線吸收劑或抗氧化劑,可以提高涂層的耐候性和耐老化性能;添加抗菌劑或防腐劑,可以增強(qiáng)涂層的抗菌和抗腐蝕性能。

另一方面,采用適當(dāng)?shù)闹苽涔に噥硖岣咄繉拥男阅堋@纾和ㄟ^調(diào)整聚丙烯酸酯的交聯(lián)程度,可以提高涂層的耐腐蝕性能和耐化學(xué)侵蝕性能;采用溶液共混法制備聚丙烯酸酯涂層可以提高涂層的均勻性和密實性;采用真空蒸發(fā)法或離子束沉積法制備聚丙烯酸酯涂層可以得到更高質(zhì)量的薄膜。此外,有些研究人員還通過表面處理來提高聚丙烯酸酯涂層的附著力。例如,使用等離子體處理或化學(xué)處理方法可以增加涂層與基材之間的界面黏結(jié)力,提高涂層的耐剝離性能。

3.2 聚丙烯酸酯涂料發(fā)展趨勢

在新型涂層的研發(fā)方面,一方面是注重其環(huán)保性能,另一方面則是對其使用性能的優(yōu)化和多功能化。

在環(huán)保性能方面,新型聚丙烯酸酯涂層的研發(fā)主要集中在減少揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的含量,采用低VOC技術(shù)生產(chǎn),以達(dá)到減少對環(huán)境和人體健康的影響。同時,還可以利用可再生、可降解的材料,如生物質(zhì)、淀粉等,開發(fā)出綠色環(huán)保型的涂料,以滿足人們對環(huán)保的要求。

在使用性能方面,新型聚丙烯酸酯涂層的研發(fā)主要集中在提高涂層的耐熱、耐腐蝕、耐磨損等性能,以滿足不同領(lǐng)域的需求。比如在汽車、機(jī)械等領(lǐng)域,需要開發(fā)出高溫耐腐蝕的涂層,以保護(hù)設(shè)備不受腐蝕和熱量的影響;在建材、家具等領(lǐng)域,則需要開發(fā)出抗刮、耐磨損的涂層,以延長其使用壽命。

隨著涂料行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需要,聚丙烯酸酯涂料從溶劑型發(fā)展向水性涂料方向發(fā)展。水性涂料工藝技術(shù)起步較晚,當(dāng)前其工藝逐漸發(fā)展成熟,有著環(huán)保和節(jié)能等特點,已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代涂料的一個主要發(fā)展方向,目前其品種、功能和用途越來越完善。

廣闊的應(yīng)用前景充分顯示了水性涂料旺盛的生命力,目前正向多功能化、綠色化更高更強(qiáng)方向發(fā)展。張穎君[4]等以水性丙烯酸樹脂為成膜物質(zhì),聚苯胺和鱗片石墨為復(fù)合填料,在鎂合金表面制備涂層具有對腐蝕截止的抵擋作用,同時達(dá)到對基體的緩蝕功能,增強(qiáng)涂層防護(hù)性能。周冶錫[5]等通過先合成帶呋喃官能團(tuán)的丙酸酯單體,再與常用的丙烯酸單體無皂乳液共聚合,得到水溶性聚丙烯酸酯交聯(lián)膜,再進(jìn)行鏈段改性,制備成具有較好自修復(fù)功能的交聯(lián)膜。該交聯(lián)膜不僅具有較好的耐熱性和機(jī)械性能,而且其涂層表面劃痕和微裂紋自修復(fù)技術(shù)具有廣泛的發(fā)展前景。

4 結(jié)語

聚丙烯酸酯涂層具有低成本且耐磨損性、耐腐蝕的特點,這些特點使其在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,例如用于防腐涂料、電子元件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,然而目前在涂層附加多功能和環(huán)保發(fā)展等方面仍有一些問題需要進(jìn)一步探究,如如何提高該涂層的抗紫外線性能、耐高溫性能、自修復(fù)等。因此,需要不斷優(yōu)化聚丙烯酸酯涂層的制備工藝,改進(jìn)聚丙烯酸酯涂層的使用性能,以滿足不同領(lǐng)域的需求,促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

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