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摘　要 : 介绍了自分层涂料的基本概念和形成自分层涂料的预测理论 , 讨论了形成自分层涂料的推动力和形成机理 , 简述了自分层涂料的发展现状和应用领域。     关键词 : 自分层涂料 ; 预测 ; 机理 ; 应用     1 　自分层涂料的概念和应用     在涂料工业中 , 由于绝大多数的单层涂料不能达到良好的保护和装饰效果 , 通常被涂物体表面要涂饰多层涂膜才能满足要求。然而每层需分别施工 , 施工工序多、时间长、费用高 , 两层之间的附着力差 , 使用寿命短。层间附着力是影响复合涂层质量的关键因素。 1976 年 Funke [ 1 ] 等提出了一个很有用的新概念———自分层涂料 , 能够从根本上说明层间附着力问题。自分层涂料由两种 ( 或多种 ) 不相容的高聚物组成 , 涂料一次施工在底材上之后 , 能自发地直接产生相分离 , 在成膜过程中分成两个 ( 或多个 ) 连续的不同功能的涂层 , 形成不同组成的复合涂层系统 , 每层显示出不同的特性。这种一次施工的多层涂膜 , 不仅降低了生产成本 , 更重要的是解决了多层涂装系统的层间附着力问题。     从 20 世纪六七十年代 , 聚合物共混改性成为高分子科学发展的一个新领域 [ 2 ] , 将两种或两种以上的聚合物进行共混 , 可以改进原聚合物的性能或形成崭新性能的聚合物共混体系。塑料、橡胶领域有许多成功应用不相容聚合物共混物的实例 , 如 : 多相橡胶改性的环氧树脂 , 提高了环氧树脂的耐疲劳度 [ 3 ] 。然而 , 在涂料领域 , 一直有着一个共同的观点 : 作为涂料的聚合物涂层 , 是一个均相的无定型结构 , 从底到面均保持着单一的性质。两聚合物若不相容 , 则不能用于涂料中。直到 1976 年 , Funke 才首次将自分层这一概念引入到粉末涂料中。     自分层涂料由两个或更多不相容的树脂组成 , 一次施工在底材上之后 , 随着溶剂的挥发或涂膜的固化 , 在湿膜或粉末内发生相分离而自发的分层 , 并有一个渐变的过渡层。这样 , 多层涂膜一次涂装 , 涂装时间和费用大大降低 , 在有毒或暴露环境中尤其重要 , 不会出现各层之间附着力差的问题 , 且涂料的损失很少 , 从而提高了涂料的使用寿命、耐候性、机械稳定性等。自分层涂料具有以下优点 :    ①能较好地兼顾涂膜的柔韧性与硬度 , 能消除在成膜或修补膜过程中形成的内压 , 减少渗透性 , 增强附着力 , 从而增强防腐性能 ;    ②能选择性地渗透到有孔基质中 , 提高附着力的持久性 ;    ③能提高表面性质 , 如提高光泽、耐磨耗、抗流挂等 , 耐化学品性、耐光性、耐候性等。    自分层涂料首先应用于粉末涂料 , 后来又应用于溶剂型涂料和水性涂料 [ 4 - 8 ] 。 1987 年前苏联开始生产溶剂型自分层涂料 , 用作具有底面两层的磁漆。 1989 — 1993 年 , 欧洲委员会和欧洲涂料聚合物公司共同建立了名为 BR ITE 2 EURAM Contract NO.RTIB 0246C (H) 的项目 , 由英国的 PRA 牵头 , 包括欧共体内 8 个研究单位参加 , 对自分层涂料的理论和应用进行了大规模的研究。英国 PRA 和荷兰 TNO 研究钢板涂料的配方 , 比利时 CORT 负责塑料涂料 , 爱尔兰 EOLAS 负责木器涂料 , 丹麦 DTI 负责评价涂料性能 , 关于聚合物的溶解度参数和聚合物二元溶液的相行为课题 , 开始由丹麦 N IF 的研究人员负责 , 后来因公司变故 , 由丹麦的 ENPRO 研究人员完成 , 最后由法国 CER IPEC 对各研究所的大量数据作了计算机的综合数据处理 , 并提出了预测涂料分层行为的计算机模型。同时 , PRA 和 ENPRO 研究人员还对自分层涂料的理论进行了研究。 1996 年 , 《有机涂料进展》 ( Progress in Organic Coatings) 报道了大量的理论研究和实验研究结果 [ 9 - 13 ] 。从其研究应用的领域看 , 其主要的研究还是局限在以热塑性树脂为基础的、有机溶剂挥发的涂料树脂范围内 , 如 : 环氧、聚氨酯树脂、醇酸树脂、氯化橡胶、氯乙烯共聚物、氯磺化聚乙烯、氟 - 氯共聚物、丙烯酸共聚物、硝化纤维素等。对水性聚合物涂料的研究甚少 , 未涉及到水性电泳涂料。自分层 ( 相 ) 涂料的主要应用领域有 :    a. 漆包线绝缘漆 ; b. 用于重防腐或锈蚀表面的防腐漆 ; c. 烘烤磁漆 ; d. 用于木材的多种聚合物的溶液 , 由于木质底材的多孔性 , 利用自分层 ( 相 ) 涂料中两相的渗透性差别来填补孔洞 ; e. 装饰涂料 ; f. 海洋涂料 ; g. 耐磨损涂料 ; h. 适用于需要具有如环氧底漆般好的附着力和防腐性 , 同时又要具有如丙烯酸或聚氨酯面漆般好的耐候性场合。     2 　形成自分层涂料的预测理论     2. 1 　溶解度参数理论     两聚合物由于极性不同、分子间力的类型不同 , 从而导致了热力学上的不相容。聚合物的不相容性是分相或分层的必要条件。两聚合物的相容性可用式 (1) 来估计。 　　　　β = ( δ 1 - δ 2 ) < 0 . 07 (1) 式中 , δ 1 , δ 2 ———两聚合物的溶解度参数。当两者差的平方小于 0 . 07 J · cm - 3 时 , 可认为两聚合物相容 , 反之则不相容。此式对低相对分子质量聚合物不适用 , 且只可做为定性分析 , 不能用来精确表征。    Hansen [ 14, 15 ] 将液体的内聚能视为色散力、极性力和氢键力 3 种分子间力的贡献之和 , 提出了三维溶解度参数。用三维溶解球可以表示溶剂对聚合物的溶解情况。不同的聚合物有不同的中心溶解度参数和溶解球半径。溶解度参数落在溶解球内的溶剂可以溶解该种聚合物 , 溶解度参数落在溶解球外的溶剂不能溶解该种聚合物。可用两种聚合物溶解球的重叠部分体积来表示聚合物间相容性的大小 , 如图 1 所示。 图 1 由 Hansen 溶解球重叠程度表示的两树脂的相容性    重叠因子可由式 (2) 定义 : 式中 : V 是重叠因子 , C 是两树脂的相容体积 ( 重叠部分体积 ) , R 1 是两树脂中最小的溶解球半径。重叠因子越小 , 分层的趋势越大。 Vink [ 13 ] 等人认为 : 若 V > 90%, 两聚合物相容 , 能够成为透明均一的涂膜 ; 若 70% <V < 90%, 两聚合物形成粗糙的均相结构 ; 若 V < 70% , 两相的微观尺寸变大 , 其结构与所用溶剂有关。   第 1/3 页　首页　下页　尾页 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”