功能涂料的研究进展
本文介绍国内功能涂料方面的研究进展，包括水性防火阻尼双功能涂料、 低发射低反射涂料、电热涂料、长大型隧道用多 功能纳米涂料、电磁波屏蔽涂料、智能控温涂料、氧化石墨烯/聚氨酯复合紫外光固化涂料、调湿抗菌涂料、隔热/耐磨透明涂料、 太阳热反射涂料、转移涂料、自闭性聚合物水泥防水涂料、低 VOC(挥发性有机物)常温固化氟碳涂料、水性硅藻内墙净化功能 涂料、多功能净味绿色涂料、带湿带锈涂料、干粉质感涂料、抗碳化涂料、发光涂料、防涂鸦抗粘贴涂料等。
功能涂料，又称特种涂料，是具有防火、防水、防霉、防静电、防污、导电、耐高温、防海洋生物 黏附、屏蔽电磁波、杀菌、示温、自发光、吸收红外线、屏蔽射线、防涂鸦、抗粘贴、防滑、减震、防 碎裂飞溅、防噪声、反射太阳光、自润滑、可分解吸收有害物质、防结露等功能的涂料。功能涂料的最 基本功能是防护，同时兼具其他特殊功能。其独特的功能使工业产品和设备的性能得到拓展和发挥。功 能涂料对相关产业的改造升级和技术的发展起着重要的支撑和促进作用。近年来，我国对功能涂料的研 究取得了一定进展[1-5]。
1 国内功能涂料的研究进展
1. 1水性防火阻尼双功能涂料
陆文卿等[6]用玻璃化转变温度不同的苯丙乳液(296DS)和丙烯酸酯乳液(S400F)共混作为成膜物，加 入无机填料、防火助剂和增强材料，制备出水性防火阻尼双功能涂料。他们研究了碱式硫酸镁晶须(MHSH) 和乳液的种类及用量对涂料防火和阻尼性能的影响。结果表明：乳液的玻璃化转变温度较低的话，涂料 的防火性能会降低，但低温区的阻尼性能有所提高。MHSH 加入后，涂料的防火和阻尼性能都有所提高。 当 MHSH 为 3%，乳液为 24%时，涂料的防火和阻尼性能优势明显。
1.2低发射低反射涂料
飞行器在飞行过程中会产生大量红外辐射，大部分能被大气吸收，但大气窗口波段的红外辐射无法被大气衰减，容易被红外探测器捕获。何燕等[7]以三元乙丙橡胶(EPDM)为基料，加入不同种类、数量和 形貌的金属颜料，制备出 EPDM/Al、EPDM/Cu、EPDM/Cu-Al 和 EPDM/Ni 四种低发射低反射涂料。测 试结果表明，用 EPDM/Al 粉和 EPDM/Cu 粉制备的涂层的太阳能反射率为 0.38 ~ 0.53，红外发射率为 0.33 ~ 0.40，具备低发射低反射性能，而且保温效果良好。
1.3电热除冰和加热功能涂料
陆书葶[8]先以石墨为主要导电介质，以水性含氟乳液为成膜物，制备出一种含氟水性电热涂料。测 试表明：当石墨质量分数为 30%时，涂层中形成了良好的导电网络，发热功率达到 12.24 W。用 20 V 电 压通电 10 min，电热涂层的表面温度从 26.2 °C 上升到 303.4 °C，涂膜上的冰块在 63 s 内融化。再以石墨 烯为主要导电介质，以四氟树脂为成膜物，制备墨烯/氟树脂复合涂料。当石墨烯质量分数为 2.0%时， 涂层的发热功率达到 12.65 W。通入人体安全电压时，其表面温度从 29.5 °C 升高到 142.8 °C。这种具有 电热除冰和加热双重功能的涂料在户外显示屏、机场除冰、取暖等领域有很好的应用价值。
1. 4 长大型隧道用多功能纳米涂料
王彤[9]首先用溶胶-凝胶法制备出氮、钒单掺杂改性的纳米 TiO2，发现钒、氮的用量分别为 1.0%和 3.0%时，纳米 TiO2 的可见光利用率明显提高。然后以 P–C–N–氢氧化铝体系为阻燃材料，海泡石、膨胀 蛭石等为无机隔热材料，高铝水泥等为粘结材料，添加气相 SiO2、有机硅憎水剂及氮、钒单掺杂改性纳 米 TiO2 来改性该防火体系。对涂膜性能的测试表明：该防火体系的耐火极限达到 235 min，1 h 内可见光 下对汽车尾气中的 NOx、HC(碳氢化合物)、CO2 和 CO 的催化降解效率分别为 23.4%、8.3%、2.9%和 2.5%， 涂层的水接触角为 134.2°，具有防火、降解汽车尾气和自清洁功能，在长大型隧道中有很好的应用前景。
1. 5电磁波屏蔽涂料
管登高[10]以丙烯酸树脂作为成膜物，以镍粉和镀 Ni–Cu–La–B 玻璃纤维为复合填料，制备出一种镀 Ni–Cu–La–B 玻璃纤维/镍粉/丙烯酸树脂电磁波屏蔽复合材料。结果表明，在 300 kHz 至 1.5 GHz 的频率 范围内，该复合涂层电磁屏蔽效能为 47.777 ~ 64.284 dB。因此，该涂层可应用于设备控制室、发射基站、 医疗机构等电子设备较多的场合。
1. 6智能控温功能涂料
钟诚[11]先通过水热法用体积不同的反应釜制备出二氧化钒粉体，然后选择不同的钨源和掺杂量制备 出相转变温度为 34.1 °C 的二氧化钒粉体。当掺杂 4%钨酸钠时，二氧化钒粉体的降温相转变温度为 22 °C, 升温相转变温度为 34.1 °C，达到预期效果。将球磨处理的二氧化钒粉体加入室温的硫化硅橡胶涂料中， 获得了一种可以根据环境温度自动调节红外光透过率的可逆热色功能性涂料。
1.7紫外光(UV)固化涂料
邱凤仙等[12]先以不同种类多元醇与二羟甲基丙酸(DMPA)、多异氰酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA) 和氧化石墨烯(GO)为原料，制备出氧化石墨烯/水性丙烯酸聚氨酯(GO-WPUA)预聚体。然后以巴斯夫的 DAROCUR 1173 为光引发剂，丙烯酸正丁酯-三缩丙二醇双丙烯酸酯(BA–TPGDA)为稀释剂，制得 UV 固化氧化石墨烯/丙烯酸聚氨酯(GO-PUA)复合功能涂料，在电磁屏蔽领域有重要的应用价值。
1.8调湿抗菌涂料
刘发锐[13]以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为功能单体，与丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、 甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚，制备出阳离子聚丙烯酸酯共聚物乳液(PDBMA)；然后用 BA、AA、MMA、 甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)与 DMC 共聚，制备了环氧交联型阳离子丙烯酸酯乳液(PGDBMA)。分别 用 PGDBMA 和 PDBMA 为成膜物，添加无机多孔颜填料后可制备出具有多孔结构的调湿抗菌涂料，适 用于居室、车站、医院、学校等公共场所的内墙涂料。
1.9 隔热耐磨透明涂料
张向雨[14]先以甲基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯、甲基二甲氧基硅烷制备出有机硅成膜剂，然后分别 添加纳米二氧化硅溶胶(由正硅酸乙酯水解得到)和纳米氧化铟锡(ATO)，制备出具有耐磨透明或隔热透明的有机硅涂料。对涂膜性能的测试和表征结果表明：这种有机硅隔热耐磨透明功能涂料综合性能优 良，有较好的实用价值。
1.10太阳热反射涂料
于献等[15]先用 KH570 硅烷偶联剂对高折射率的钛白粉进行改性，然后以氟碳树脂和丙烯酸树脂为成 膜物质，制备了有机溶剂型低成本太阳热反射涂料。当丙烯酸树脂与氟碳树脂的质量比为 1∶3，钛白粉 的质量分数为 25% ~ 30%，KH570 的质量分数为 4%时，制备的涂层有高达 0.82 的热反射率，与用昂贵 的玻璃微珠做的黑瓷漆相当。
1.11 转移涂料
孙亚琴等[16]采用水玻璃作为黏结剂，凹凸棒土或膨润土作为悬浮剂，石墨粉作为耐火填料，制备出 铸造用转移涂料。研究表明：水玻璃的质量分数为 15%，凹凸棒土或膨润土的质量分数为 2%，有机酯 的质量分数为 2%，石墨粉的质量分数为 40%时，转移涂料的综合性能较好。把未加有机酯的涂料涂在 铸型后再喷洒有机酯进行转移，抗拉强度则更高。
侯红亮[17]以乙醇为溶剂，通过自由基聚合研制出一种醇溶型转移涂料。当引发剂的质量分数为 0.2% ~ 0.3%，BA 与 MMA 的质量分数为 1∶1.4 时，所得转移涂料的硬度为 H，光泽较好。他又用种子乳液聚 合法制备出乳液型丙烯酸酯转移涂料。结果表明：当软硬单体的质量比为 1∶1.3 时，涂膜的表面能高于 涤纶(PET)，剥离干净。他还制备了水溶型丙烯酸酯转移涂料。当丙烯酸类单体的质量分数为 10%，中 和度为 75%时，涂膜的光泽较好，硬度为 H ~ 2H，与 PET 基膜剥离干净。总的来说：醇溶型涂层的耐 溶剂性能一般，光泽较好；乳液型涂层的耐水性和耐溶剂性较好；水溶型涂层成膜性能优良。它们可分 别应用于不同的场合。
1.12 自闭性聚合物水泥防水涂料
张孟霞[18]把渗透结晶活性组分加入丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料的配方中，制备出具有裂缝自修复 功能的新型自闭性聚合物水泥防水涂料，并探讨了渗透结晶活性组分用量、液粉比、水泥种类和用量对 涂膜自闭性和力学性能的影响。结果表明：配方优化后制得的产品自闭性不超过 30 h，拉伸强度 3.5 MPa， 各项性能均满足国标 GB/T 23445–2009《聚合物水泥防水涂料》的要求。
1.13 低 VOC 常温固化氟碳涂料
潘云飞等[19]以新型氟丙烯乙烯基醚(FPVE)氟树脂作为成膜基料，用拜耳 Desmodur Z4470 与 BayerN3390 复配作为固化剂，选用合适的颜填料、助剂等，制备出一种低 VOC 的高性能常温固化氟碳涂料。其防 腐性能与耐候性能俱佳。
1.14多功能净味绿色涂料
彭伏德[20]以软硬丙烯酸酯单体 BA、MMA、AA、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸(MAA)、乙二酸肼和双 丙酮丙烯酰胺为主要原料，用经修饰处理的纳米无机颗粒[TiO2、有机蒙脱土(OMMT)、SiO2]混合物替 代传统有机表面活性剂，通过无皂乳液聚合法合成出具有核-壳结构，低或零 VOC 的净味聚合物乳液。 用该乳液配制的净味绿色环保涂料仅需添加很少，甚至无需添加成膜助剂，即可在低温环境下成膜，不 燃、无味、无毒，VOC 含量极低，涂膜具有优异的耐水性、附着力、抗沾污性、抗开裂性、耐候性、防 潮性、耐擦洗性和防霉防藻性。
1.15水性硅藻内墙净化功能涂料
孙天宇等[21]以低 VOC 含量的乳液为成膜物，硅藻土为功能填料，辅助添加环保助剂等，制备出一种 水性硅藻液态内墙涂料，并研究了硅藻土用量和颜基比对涂层的空气净化能力和耐洗刷性的影响。结果 表明：当硅藻土用量为 100 g 时，甲醛净化效率超过 65%。
1.16 带湿带锈涂料
向永华[22]以环氧树脂 E20 为成膜物质，添加乙酰丙酮渗透剂、X800-1 转锈树脂、三聚磷酸二氢铝、 氧化锌、磷酸锌等稳锈颜填料，以腰果酚改性胺为固化剂，研制出一种带湿带锈涂料。该涂料可带湿带锈涂装，在沿海趸船装备上有一定的应用前景。
1.17干粉质感涂料
李诚诚[23]用由钢厂固体废弃物制备的钢渣砂代替天然砂，与颜填料、丙烯酸酯乳胶粉、木纤维、消 泡剂、分散剂、憎水剂、羟乙基纤维素醚和触变润滑剂混合，制备出了一种新型干粉质感涂料。其涂膜 粘结强度高，耐水性、耐候性和耐碱性均满足国家标准。
1.18抗碳化涂料
闵婕[24]研制出一种双组分无机渗透性抗碳化涂料。当甲组分中水玻璃为 24 g、磷酸三钠为 1 g、氢氧
化钠为 4.08 g、硅烷偶联剂为 0.144 g、尿素为 2 g，乙组分中烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为 3 g、聚乙烯 醇(PVA)为 12 g 时，所得涂层可显著提高混凝土的抗碳化、抗渗、耐水等性能，而且成本明显低于聚氨 酯防碳化涂料和改性环氧基防水防碳化涂料。
1.19 发光涂料
徐建晖等[25]用长余辉发光材料和高分子树脂研制出一种长余辉路面自发光涂料，可把太阳光能储存 起来，晚上自发光长达 6 h。张伟等[26]研究了蓄能发光涂料在富龙高速平耶 3 号隧道的应用效果，延时发 光可达 10 h，增光增亮率为 27.79%。冯守中等[27]也研究了蓄能发光涂料在隧道中的应用，其显色指数比 未添加发光材料时提高 3 ~ 17，增光率大于 25%，具有良好的经济效益。
1.20防涂鸦抗粘贴涂料
东南大学的肖国民等[28]发明了一种防涂鸦抗粘贴涂料。具体的制备方法如下：先将颜填料与羟基丙 烯酸树脂、溶剂和助剂搅拌均匀，研磨成浆料，然后加入氟烷基改性聚硅氧烷，高速分散 0.5 ~ 2.0 h 后 过滤，即得 A 组分；B 组分为多异氰酸酯预聚物。使用时将 A、B 混合均匀即可。当羟基丙烯酸树脂的 质量分数为 20% ~ 42%，氟烷基改性聚硅氧烷的质量分数为 4% ~ 20%，A、B 组分的质量比为(2 ~ 8)∶1 时，涂膜的摩擦因数小，表面能较低，具有超强的耐擦洗性和优异的防涂鸦抗粘贴性。
2 结语
功能涂料的技术附加值高，国内外相关的科研机构都非常重视功能涂料的研发与应用。未来功能涂 料的市场主要是新兴特种领域和面向中高端用户。提高已有功能涂料的性能，拓宽其应用领域，开发新 型特种功能涂料是功能涂料的研究方向[29-34]。
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本文摘自《电镀与涂饰》第39卷第2期
