【建材網(wǎng)】納米結(jié)構(gòu)涂層的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)
　　
　　武利民，周樹(shù)學(xué)
　　
　　(復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系，教育部先進(jìn)涂料工程研究中心，上海200433)
　　
　　摘要：從新型樹(shù)脂合成方法、納米粒子的直接引入、表面微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建等三方面介紹了納米結(jié)構(gòu)涂層的研究進(jìn)展，同時(shí)提出了納米結(jié)構(gòu)涂層制備中存在的問(wèn)題及未來(lái)研究方向，以期為新一代功能涂層的開(kāi)發(fā)提供參考。
　　
　　關(guān)鍵詞：納米結(jié)構(gòu)涂層;納米粒子;樹(shù)脂;功能涂層
　　
　　0.引言
　　
　　隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高和各種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)涂層的性能要求也不斷提高。涂料產(chǎn)品的環(huán)�；�、健康化、高性能化、多功能化和智能化發(fā)展已是社會(huì)發(fā)展必然之需求。但是，在涂料行業(yè)快速發(fā)展的今天，通過(guò)傳統(tǒng)樹(shù)脂合成方法或涂料配方設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步提升現(xiàn)有涂層的性能和發(fā)展新一代功能涂層的空間已越來(lái)越小。近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一系列研究表明，納米材料和納米技術(shù)的應(yīng)用可以突破傳統(tǒng)樹(shù)脂合成方法和涂料制備方法的技術(shù)瓶頸，為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)涂層的高性能化和獲得新的功能涂層提供了可能。目前，國(guó)內(nèi)外主要圍繞新的樹(shù)脂合成方法、納米粒子的引入方式、涂層表面的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)建等方面開(kāi)展了納米結(jié)構(gòu)涂層的制備研究，并已取得了一定的進(jìn)展。
　　
　　1.利用新的樹(shù)脂合成方法獲得新的成膜物
　　
　　樹(shù)脂作為涂層的關(guān)鍵材料———成膜物質(zhì)，直接影響涂層的物理、化學(xué)、機(jī)械性能和涂層的表面微觀結(jié)構(gòu)等。為此，近年來(lái)，人們?cè)噲D通過(guò)探索新的樹(shù)脂合成方法以獲得新的樹(shù)脂成膜物。例如，乳液聚合廣泛用于合成樹(shù)脂、涂料、塑料、橡膠和膠粘劑工業(yè)等。但常規(guī)乳液聚合一般需要使用大量的有機(jī)小分子乳化劑先在水相中形成膠束，然后通過(guò)引發(fā)劑引發(fā)溶解在水中的少量單體，產(chǎn)生低聚物自由基，這些自由基進(jìn)入乳化劑膠束中進(jìn)行鏈增長(zhǎng)、鏈終止，乳膠粒子通過(guò)表面乳化劑分子的靜電相斥和(或)空間位阻作用而穩(wěn)定。但有機(jī)小分子乳化劑較終都?xì)埩粼跇?shù)脂中，對(duì)涂層的性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響(如耐污性和耐候性差等)。為此，近年來(lái)人們借助輔助單體，以酸-堿為驅(qū)動(dòng)力，獲得了新型無(wú)皂乳液聚合方法。例如，Armes等[1-3]利用納米SiO2粒子表面硅羥基呈弱酸性的特點(diǎn)，在單體聚合中加入少量含堿性基團(tuán)的輔助單體，在聚合過(guò)程中，納米SiO2粒子通過(guò)酸-堿相互作用吸附到單體液滴或聚合物乳膠粒子表面，起乳化劑作用，整個(gè)過(guò)程中無(wú)需加入任何有機(jī)小分子乳化劑，獲得了丙烯酸樹(shù)脂的無(wú)皂乳液聚合方法。作者[4-6]也以酸-堿、靜電或氫鍵為驅(qū)動(dòng)力，獲得了以納米SiO2粒子為“乳化劑”的丙烯酸樹(shù)脂的無(wú)皂乳液聚合方法。世界上較大的化工公司之一———德國(guó)BASF公司[7]將這種納米SiO2粒子穩(wěn)定的丙烯酸樹(shù)脂無(wú)皂乳液進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)涂層的耐污性、耐水性、耐久性等都有顯著提高。Schmid等[8]也對(duì)相關(guān)乳液的成膜性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。作者在研究納米SiO2/苯丙復(fù)合乳液成膜性能時(shí)，還發(fā)現(xiàn)了乳膠膜的光子晶體特性[9]，通過(guò)本方法，可以獲得不需要任何顏料的色彩絢麗的結(jié)構(gòu)色涂膜。Koukiotis等[10]通過(guò)微乳液聚合方法制備了高度透明的MMA/BA共聚物微乳液，固含量與普通的聚合物乳液相當(dāng)。他們發(fā)現(xiàn)制備的乳液具有非常奇特的性質(zhì)，不但制備的漆膜優(yōu)異，而且較低成膜溫度顯著下降，為新型水性納米樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。另外，設(shè)計(jì)合成具有特定支化結(jié)構(gòu)的納米聚合物也是目前樹(shù)脂研究的一個(gè)重要方向。據(jù)報(bào)道[11]，超支化聚合物在相同相對(duì)分子質(zhì)量的前提下具有較線型聚合物更低的黏度，而樹(shù)枝狀聚合物的黏度完全不符合現(xiàn)有的黏度-相對(duì)分子質(zhì)量規(guī)律，在納米尺度范圍內(nèi)其黏度異乎尋常的降低，如圖1所示，這為新型涂層用樹(shù)脂的合成提供了巨大的潛在機(jī)會(huì)。