Page 49 - 《精细化工》2022年第10期

第 10 期 鲍 艳，等: 耐磨型水性醇酸树脂的研究进展 ·1983·

的空隙和空穴，抵抗微裂纹的产生和扩展。其中纳 时，耐磨性能提升幅度>300%。CARAMITU 等 [58]
米粒子、醇酸树脂以及两者之间所形成的界面间相 在聚合物涂层中引入纳米 TiO 2 ，显著增强了涂料组
互作用对涂层的机械性能和化学性能起着关键作 分的分散性，使涂料在成膜时可以分散得更加均匀，
用。首先，纳米粒子和醇酸树脂之间的相互作用可 成膜后物理性能更加优异。SELIM 等 [33] 通过溶液浇
能导致不同微结构的产生，有效防止裂纹的快速扩 铸法制备了含纳米 Al 2 O 3 单晶的醇酸树脂，Al 2 O 3 为
展 [51] ；其次，醇酸树脂和纳米粒子之间的相互作用 层状结构，由于其表面覆盖较多的活性羟基，且羟
+
也可以通过化学键或者大分子间物理相互作用的调 基上氧孤对向外，酸性条件下，反应液中的 H 与羟
节来进行改善 [52] ；最后，涂层的增强效应也在很大 基上的孤对氧结合，形成水配体 [59] ，因此，Al 2 O 3
程度上依赖于纳米粒子与醇酸树脂所形成的界面间 在醇酸树脂溶液中分散性良好，使树脂的整体稳定
的相区域 [53] 。通常，相区域具有比聚合物更大的刚 性增强，涂层力学性能得到提升，与纯聚合物树脂
度，可以显著提升涂层的耐磨性能，纳米 SiO 2 改性 涂层相比，添加纳米 Al 2 O 3 的涂层拉伸强度和杨氏
醇酸树脂的机理如图 8 所示。 模量分别增加约 60%和 85%。
除上述改性方法外，提高水性醇酸树脂的耐磨
性能还可通过增加醇酸树脂体系中刚性基团的含量
来实现。例如：GÜNDÜZ 等 [60] 采用三聚氰胺作为核，
然后利用甲醛进行羟基化，最后生成六羟甲基三聚
氰胺。在复合涂料的制备过程中，通过酯化反应与

图 8 SiO 2 纳米粒子改性醇酸树脂 [54] 醇酸树脂进行交联，且三聚氰胺中富含的 S-三嗪环
Fig. 8 Modification of SiO 2 nanoparticles modified alkyd 刚性基团与醇酸树脂结合使醇酸树脂涂层的硬度及
resins [54]
耐磨性能都得到较大幅度的提升。
在醇酸树脂的改性中，最常见的纳米粒子主要 改性材料对水性醇酸树脂耐磨性能的影响进行
有 SiO 2 、TiO 2 、ZnO、Al 2 O 3 等。研究发现，纳米 了总结，见表 1。
SiO 2 可以显著提高涂层的力学性能 [55] ，其中纳米 综上所述，可以通过多样化的改性方式，从不
SiO 2 的颗粒形状和较高的固化温度对涂层的耐磨性 同方面对醇酸树脂的耐磨性能进行提升。其中有机
能提升有着显著影响 [56] 。MALAKI 等 [57] 研究了气相 改性材料是通过改变醇酸树脂上的分子链结构，链
法和沉淀法制备的纳米 SiO 2 对涂层耐擦伤性和耐磨 接具有不同功能的官能团，以提升涂层硬度、韧性
性能的增强作用，结果表明，纳米 SiO 2 的添加可以 等，从微观分子层面影响醇酸树脂的性能；无机纳
显著提高涂层的力学性能，同时发现由沉淀法纳米 米粒子改性主要是利用纳米材料的微纳结构对涂层
SiO 2 制备的涂层足够坚韧，耐磨损性能优异，造价 内部进行填充，减少涂层磨损时微裂纹的产生，同
也远低于气相法制备的纳米 SiO 2 ，与纯聚合物涂层 时发挥纳米材料优异的力学性能，在涂层中均匀分
相比，当纳米 SiO 2 的添加量为单体总物质的量的 4% 布，抵抗外界力对涂层表面产生的磨损。

表 1 改性材料对水性醇酸树脂耐磨性能的影响
Table 1 Effect of modified materials on abrasion resistance of waterborne alkyd resins
改性材料 优点 对水性醇酸树脂耐磨性能的影响
有机物 丙烯酸树脂 易水性化、性能优异、选择范围广 提升乳液相对分子质量，增加体系黏度，提升涂层硬度
环氧树脂 机械性能良好、挥发性有机化合物低、 良好附着力协同机械性能，提升复合涂层耐磨性能
干燥速率快
聚氨酯树脂 具有高硬度和优良的耐磨性能 涂层较柔软，具有良好的柔韧性，提高涂层抗冲击性能
纳米粒子 SiO 2 力学性能优异 制备的涂层坚韧，耐磨损性能优异
TiO 2 分散性良好 分散性增强，物理性能优异
Al 2O 3 分散性良好 含有较多活性羟基，分散性、稳定性良好，力学性能提升

经处于成熟期，且醇酸树脂涂料产量在行业总产量
4 结束语与展望 中占很大的比例，但仅依靠改善合成原料、优化合

成工艺，仍不能解决所有问题。因此，在制备水性
综上所述，影响水性醇酸树脂耐磨性能的因素
众多，如醇酸树脂乳液的制备方法、制备原料、改 醇酸树脂的过程中，应根据产品性能要求综合考虑
性材料种类、制备过程中的酸值及油度等。中国已 制备过程中各种因素所带来的影响，对涂料行业而