浅谈零VOC丙烯酸酯涂料的研究进展

浅谈零VOC丙烯酸酯涂料的研究进展

VOC是挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds)的英文缩写。随着人们环保意识的日益增强，零VOC、低气味特点成为目前水性涂料的重要发展方向。本文着重对水性零VOC、低气味丙烯酸酯涂料技术手段进行评述。

1·零VOC涂料乳液合成工艺

1.1 提高单体转化率

乳液聚合体系中的残留单体是涂料VOC和气味的主要来源之一。为了得到零VOC涂料，需要提高单体转化率，以使残单含量降低。方法包括两种：一是选用不同的引发类型;另一种是优化工艺，包括引发剂和单体滴加速度、聚合反应温度和聚合反应时间的优化等。引发类型主要有热引发和氧化还原引发两类[2~3]，后者比前者获得自由基所需温度较低，从而可提高单体转化率[4]。

从配方设计角度出发，通过考察单体转化率和氧化还原体系配比关系，可以确定最佳配比值。此外，除残单步骤可使单体转化更加彻底。根据聚合反应理论，一定范围内，随反应温度提高，反应速率增加。研究表明，在反应后期保温阶段，适当提高聚合温度有利于提高单体转化率，进一步降低残单含量。

1.2 不使用成膜助剂

最低成膜温度是乳液成膜性能的反映。乳液成膜实际上是乳液颗粒的互融，这就要求乳液颗粒在成膜温度下有足够的流动性。玻璃化温度较低时，虽然成膜性能较好，但是所得漆膜的硬度、耐磨性和耐污性较差;玻璃化温度较高时，相应施工温度高，此时虽漆膜硬度高、力学性能好，但是成膜不完整，其耐水性和附着力差。为了达到提高玻璃化温度和降低最低成膜温度的目的，传统做法是加入成膜助剂，可以使乳液在成膜过程中增强流动性，形成完整漆膜。但成膜助剂的使用不可避免地引入了VOC的问题。因此需要开发新的技术手段来获得综合性能好的零VOC涂料。

1.2.1 核壳乳液聚合工艺

从“分子设计”角度出发，采用核壳乳液聚合工艺，获得“硬核软壳”的乳胶粒子，从而有效降低最低成膜温度。该结构粒子特点是：壳层聚合物玻璃化温度低，在较低温度下成膜时，硬核扩散到漆膜表面和壳层聚合物相互融合，保证漆膜的硬度。此外，壳层物质选用亲水性单体，内核物质选用疏水性单体，可同时保持乳液稳定性和漆膜耐水性。Chen等[5]制得一种低VOC苯丙乳液，漆膜具有高玻璃化温度和低成膜温度等性能。Matsumoto等[6]对核壳乳液聚合机理进行了探讨。Wood等[7]研制了一种新的聚偏氟乙烯/丙烯酸混合乳胶漆，该乳胶漆具有良好的耐候性和粘附性，且VOC含量低，特别适用于室内机建筑金属构件的装饰涂装。目前国外一些相关乳液产品，如巴斯夫的S551，科莱恩公司LDM7460等，均达到较好的性能。

核壳乳液聚合工艺通常含有自交联设计，可使乳液在低温下成膜。主要方法是在核、壳内添加有机硅、甲基丙烯酸、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、丙烯酸羟某酯、环状碳酸酯等功能单体，使内核和外壳通过接枝、互穿网络和离子键合等三种类型[8]在较低温度下发生自交联成膜。

1.2.2 软硬乳液混拼技术

软硬乳液混拼技术是一种物理改性方法。将两种或两种以上单体聚合而成的具有不同Tg的乳液按照一定比例进行混合，可以得到低MFT和一系列不同Tg的混合乳液。该类乳液可以保持良好的成膜性能和膜性能。但该方法存在有软硬乳液相容性差的缺陷，甚至会导致漆膜表面分布不均[9]。

1.3 采用低VOCpH调节剂

目前常用的pH调节剂有氨水、有机胺类等。和氨水相比，AMP-95产品可减少味道。同时和氨水相比，AMP-95可使用相对较少的用量来达到同样pH。同时它的有效使用量较低，因此降低了涂料VOC的增加度。目前低VOC的pH调节剂仍需进一步开发。

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