涂料樹脂的相溶性探討

 

不同聚合物之間共混以提高材料的性能，是己經被廣泛采用的方法。在涂料產品中使用混合樹脂要比高分子材料使用得更早。但是涂料樹脂結構復雜，且多為熱固性，理論研究比較少，近些年來，隨著涂料科技的發(fā)展，其樹脂的微觀結構，形態(tài)學以及粘彈性等方面的研究日見深入。盡管有關這方面的基礎理論與方法大都來自高分子學科，但與高分子相比較，涂料樹脂有其特點，同時涂料性能的要求與高分子材料也不同，所以對涂料樹脂共混的相容性的研究是很重要的，可為新產品的開發(fā)提供依據。

 

樹脂相容性對性能的影響

為了滿足不同底材上涂層的各種性能，涂料樹脂需要不同樹脂共混。例如醇酸/氨基、醇酸/環(huán)氧、環(huán)氧/丙烯酸等，這是大家所熟知。隨著涂料工業(yè)的發(fā)展和對涂料性能的要求愈來愈高，新的涂料樹脂共混體系不斷出現，如聚酯/丙烯酸，氟碳/丙烯酸，丙烯酸/有機硅(有機/無機雜化樹脂)， 以及自分層涂料、液晶接枝樹脂等，已成為涂料樹脂發(fā)展的方向之一。

一般來說，不同樹脂間共混效果，對各方面的件能有很大的影響。對液體涂料，可能影響以下幾方面：

 

樹脂的溶解性

混合樹脂在有機溶劑中的溶解性與單一樹脂是不同的。需要調節(jié)溶劑的溶度參數，改變混合溶劑的組成，才能得到透明的樹脂溶液。

 

樹脂溶液的粘度

相同濃度下，混合樹脂的粘度與單一樹脂的粘度往往不同，原因比較復雜，與樹脂結構、分子量、組成比例等有關，要仔細調節(jié)，否則會對施工造成影響。

 

樹脂溶液的貯存穩(wěn)定性

共混樹脂的溶液體系，在貯存時有可能出現相分離，導致沉淀，或是溶液不均勻。也可能在貯存過程中發(fā)生凝聚態(tài)結構的變化，從而導致性能的變化。

 

從涂層物理性能考慮，可能影響以下幾方面：

 

漆膜的外觀

共混樹脂涂料，在干燥過程中，由于樹脂收縮率不同，可能重新產生相分離，使干燥漆膜產生桔皮、漆膜不平整、消光等漆病。

 

漆膜的抗沖擊強度、硬度、劃傷性與防腐蝕等性能

樹脂共混的目的是期望能產生性能上的正協(xié)同效應，達到滿意的綜合性能，如共混效果不佳， 可能產生負協(xié)同效應，結果適得其反。對功能性涂料尤為重要。

值得說明的一點是固化劑的加入，如某種固化劑在單一樹脂中有良好的溶解性，但在混合樹脂中有可能溶解不佳，影響固化效果，最終導致漆膜性能不好。同樣涂料助劑如催干劑、抗桔皮劑、流平劑等與混合樹脂也有相容性的問題，否則會影響使用效果，應仔細選擇與配方。

 

樹脂(聚合物)相容性的基本概念

與高分子材料應用的聚合物相比較，涂料用樹脂有其自身的特點。一般說來，熱固性樹脂相對分子量比較低，通常在10000以下，分子鏈上帶有官能團，常為非晶聚合物，固化過程中通過官能團之間化學反應交聯(lián)成膜，這些都有利于不同樹脂間共混，提高其相容性。

 

從幾種不同聚合物共混的相容性考慮，大致可有以下三種情況：

 

完全不相容體系

無論采用何種方法進行混合，如混煉或溶液混合，最終得到的共混物都是分相的，只能體現各自聚合物的性能，不產生協(xié)同效應。在高分子材料中常作為復合材料使用。涂料產品中，利用這種性質開發(fā)出自分層涂料，一次施工可同時得到底漆和面漆，避免使用中涂，有利于節(jié)能和環(huán)保。

 

完全相容體系，也稱均相體系

不同樹脂之間達到分子水平接觸，是可將一種樹脂視為溶劑, 另一種視為溶質的溶液體系。由于高分子之間的相互溶解很困難，這種體系在高分子材料中比較少， 典型的有聚苯醚/聚苯乙烯、聚氯乙烯/丁腈橡膠等共混物。這種體系往往產生協(xié)同效應，是開發(fā)新材料的途徑?？墒沁@種體系在涂料中已經應用了幾十年，最典型的就是醇酸/氨基體系。由于涂料樹脂分子量比較低，分子中帶有很多極性基團，分子間相互作用力強，比較容易達到均相體系。醉酸樹脂就是具有容易與多種樹脂相混合的特點，廣泛應用于與其他樹脂配合，產生好的協(xié)同效應，提高涂料的綜合性能。

 

部分相容體系

這是最復雜的也是最值得研究開發(fā)的一類體系。

 

提高共混樹脂相容性的方法

改善共混樹脂的相容性對于提高涂枓的性能和開發(fā)新型涂料產品是十分重要的，同時不同的工藝條件會嚴重影響共混的效果，因此要對性能進行檢測和結構表征，其中需要對干燥漆膜作形態(tài)學觀察。

 

對聚酯/氨基/有機硅雜化樹脂涂料的組成對漆膜抗劃傷性及表面硬度的影響研究，為了提高聚酯/氨基樹脂與有機硅樹脂的相容性，先對有機硅樹脂水解，使有機硅上的烷氧基變成羥基，有助于與氨基樹脂反應。

 

當有機硅含量為11.4wt%時，由于有機硅樹脂存在于漆膜的表面，可以提高漆膜的抗劃傷性能。

不同有機硅含量的聚酯/氨基/有機硅涂料漆膜的形態(tài)

接枝共聚是提高樹脂相容性的有效方法。不相容的兩種樹脂，如采用接枝方法，在一種樹脂的分子上接枝另一種樹脂，可以有效的防止相分離，并可用于制備水性涂料。

丙烯酸(酯)混合單體存在下，使用自由基引發(fā)劑，與不飽和聚酯樹脂接枝反應，得到不飽和樹脂/丙烯酸樹脂接枝共聚物，經加胺成鹽，可制備水分散體涂料。從DSC測定可呈現有二個玻璃化溫度，但SEM(掃描電鏡)對漆膜試樣觀察，發(fā)現具有極好的相容性(圖4)。同時具有良好的漆膜物理性能。

 

不飽和聚酯接枝丙烯酸涂料涂膜的SEM形態(tài)

聚酯-酰胺結構的超支化聚合物，與聚氨酯預聚體反應，得到兩相結構的雜化涂料，同時可制得水分散體，從SEM可清楚觀察到連續(xù)相和分散相。分散相的粒徑約為50nm，可見具有極好的相容性，并可獲得良好的漆膜性能。

 

聚酯-酰胺超支化聚合物接枝聚氨酯SEM形態(tài)

研究過聚酯-酰胺超支化聚合物端基與聚乙二酵甲醚(平均分子量550)反應，得到接枝聚合物 。SEM觀察同樣可看到兩相結構，分散相粒子也約為50nm。親水性的聚乙二醇與疏水性的聚酯是不相容的，但通過接枝可以很大程度提高其相容性，防止進一步分相。

 

超支化聚酯-酰胺接枝聚乙二醇SEM形態(tài)

利用類似的方法，在超支化樹脂端基接枝氟碳化合物，得到一種聚酯/氟碳雜化樹脂，從DSC測定有二個玻璃化溫度，可見是部分相容的多相體系，得到的漆膜具有良好的物理性質，并提高了漆膜的疏水性。

 

氟碳接枝超支化樹脂DSC圖

提高不同樹脂間的相容性還有多種方法。在涂料樹脂制備或配方中，可利用加入增容劑(涂料助劑)來提高相容性，它是一種界面劑，結構中兩頭分別親不同的二種樹脂，使一種樹脂很好地分散于另一樹脂中。使用不同類型的固化劑，使二種樹脂分別交聯(lián)，形成互穿網絡樹脂，得到多相結構，可避免進一步相分離，從而獲得性能上正協(xié)同效應，提高涂料的物理性能。

結語

涂料科技的發(fā)展為涂料產品質量與性能的提高提供結實的基礎。近些年來，在涂料基礎研究上取得了跳躍式的進步，主要表現在從性能要求出發(fā)，進行合理的分子設計；應用現代的儀器設備對結構作表征，深入了解結構與性能的關系：從材料科學的角度，研究干燥漆膜的物理性質，如靜態(tài)與動態(tài)的粘彈性、表面抗劃傷性、防腐蝕性以及光性能和電性能等等，勢必推動涂料產品的開發(fā)與性能的提高。

 

此文章來源于：環(huán)保化工平臺