1 丙烯酸乳液的技(jì )術進展

1. 1 丙烯酸乳膠粒形貌結構設計研究

丙烯酸乳液的性能(néng)跟結構有(yǒu)較大的關系，不同的結構設計提供不同的性能(néng)，圖 1為(wèi)目前文(wén)獻報道中(zhōng)常見的丙烯酸結構設計[3]，其中(zhōng)單分(fēn)散是最常見最簡單的類型，絕大多(duō)數丙烯酸乳液是單分(fēn)散類型，工(gōng)藝簡單，結構易控，産(chǎn)品質(zhì)量穩定；關于核殼結構[4]的研究居多(duō)，也不乏特殊功能(néng)的結構，如，雙峰結構、共混結構、多(duō)微區(qū)結構、多(duō)極結構、空心球結構[5]、聚合物(wù)-顔料複合體(tǐ)結構[6]等。在保證良好成膜性能(néng)的前提下，通過合成設計的結構可(kě)以改善某方面的性能(néng)，滿足客戶對不同性能(néng)的要求[7]，擴展丙烯酸乳液的性能(néng)範圍和應用(yòng)領域。

Ma 等[8]綜述了當前乳液聚合中(zhōng)比較前沿的各種“核殼結構”設計思路和方法，其中(zhōng)包括梯度結構、三明治結構、草(cǎo)莓結構、雪(xuě)人結構等，不同的結構可(kě)以帶來不同的性能(néng)；也介紹了無機和有(yǒu)機複合的核殼結構材料，如，以 SiO2、TiO2、ZnO、CaCO3等為(wèi)無機核的研究。Wood等[9]介紹了丙烯酸和 PVDF改性的方法，包括冷混、核殼以及互穿網絡的方法，改性後的成膜機理(lǐ)，以及帶來的性能(néng)提高。

1. 2 丙烯酸乳膠粒改性研究

丙烯酸乳液具(jù)有(yǒu)很(hěn)多(duō)的優點，但單獨使用(yòng)時也有(yǒu)諸多(duō)缺點，如，硬度偏低，力學(xué)性能(néng)稍差，漆膜緻密性稍差，成膜溫度偏高等，限制了其應用(yòng)範圍。為(wèi)了拓展其應用(yòng)領域，對丙烯酸乳液進行改性使其性能(néng)滿足應用(yòng)要求是一條重要的路徑。丙烯酸乳液的改

性研究包括物(wù)理(lǐ)共混和化學(xué)改性[10]。目前丙烯酸乳液化學(xué)改性的主要方向有(yǒu)：有(yǒu)機矽改性丙烯酸乳液[11]、有(yǒu)機氟改性丙烯酸乳液[12]、環氧改性丙烯酸乳液[13]、聚氨酯改性丙烯酸乳液[14]、無機納米粒子改性丙烯酸乳液[15]等。

Calovi等[16]将功能(néng)化的氧化石墨烯（FGO）薄片加入到丙烯酸電(diàn)泳塗料中(zhōng)，研究了氧化石墨烯添加量對碳鋼基塗層性能(néng)的影響。馬冠豪等[17]通過乳液聚合工(gōng)藝合成了氟矽改性苯丙乳液，再與正矽酸乙酯和納米 SiO2通過溶膠-凝膠法制備了二氧化矽改性含氟矽苯丙複合乳液，經 AFM 分(fēn)析顯示形成了山(shān)峰狀結構，疏水性能(néng)有(yǒu)較大的提高，在自清潔領域具(jù)有(yǒu)較好的應用(yòng)前景。王星旺[18]以甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯等單體(tǐ)，按照一定的配比采用(yòng)乳液聚合制備了含氟乳液 ，其次 以 AgNO3、CuSO4、KI 按照一定比例配置可(kě)逆變色材料，以三聚氰胺-甲醛-尿素為(wèi)壁材，以可(kě)逆變色材料為(wèi)芯材，制備的微膠囊為(wèi)變色材料，再以氟矽乳液為(wèi)成膜物(wù)質(zhì)，制備了一種中(zhōng)溫可(kě)逆變色塗料，可(kě)廣泛應用(yòng)于示溫塗料、警示塗料等領域。吳錦添等[19]用(yòng)矽丙乳液和環氧改性丙烯酸酯乳液制備了水性超薄防火塗料，塗層受熱膨脹後形成了緻密的“蜂窩”狀結構，具(jù)有(yǒu)較好的防火性能(néng)。杜威等[20]采用(yòng)半連續滴加法将納米ATO與苯丙乳液複合，研究表明，随着納米 ATO含量的增加，塗層透光率逐漸降低，當納米 ATO質(zhì)量分(fēn)數為(wèi) 7% 時，塗層在玻璃上的隔熱效果較好，在透明隔熱領域具(jù)有(yǒu)應用(yòng)前景。束樹軍[21]将環氧對丙烯酸雜化得到丙烯酸雜化乳液，兼具(jù)丙烯酸乳液的快幹、耐候、适用(yòng)期長(cháng)等特點，又(yòu)具(jù)有(yǒu)環氧的高附着力、高耐鹽霧等性能(néng)，很(hěn)好地平衡了兩者間的性能(néng)特點，成功應用(yòng)于防腐、地坪、柴油機、零部件等領域。

2 丙烯酸乳液在工(gōng)業塗料中(zhōng)的應用(yòng)

丙烯酸乳液憑借其優異的性能(néng)，施工(gōng)方便，綠色環保等特點，廣泛應用(yòng)于各類工(gōng)業塗料。

2.1 取代鋼結構防腐塗料用(yòng)溶劑型醇酸體(tǐ)系[22]

溶劑型醇酸塗料是國(guó)内開發較早，研究最成熟的産(chǎn)品之一。其憑借優異的施工(gōng)性能(néng)，低廉的價格等特點，占領了廣泛的工(gōng)業防腐塗料市場。近年來，在“藍天保衛戰”的号召下，各地環保政策的嚴格落實，溶劑型醇酸的取代迫在眉睫。市場要求提供跟溶劑型醇酸類似的表面光澤效果和耐鹽霧性能(néng)，同時提供比醇酸幹燥快，耐候好的解決方案。一些單組分(fēn)丙烯酸乳液具(jù)有(yǒu)跟溶劑型醇酸媲美的光澤展現力[23]，較快的幹燥速度，優異的早期耐水性和耐鹽霧性，優異的耐候性等特點[24]，為(wèi)衆多(duō)客戶所認可(kě)，成為(wèi)塗料行業輕防腐應用(yòng)的明星産(chǎn)品。盡管水性鋼結構塗料發展迅速，但是目前水性鋼結構防腐行業仍然存在一些問題，如埋弧焊閃鏽問題、單組分(fēn)硬度偏低、低溫高濕條件下幹燥速度偏慢、低表面處理(lǐ)寬容度偏低等，諸如此類的性能(néng)仍需要進一步提高和改善。

2. 2 用(yòng)于水性集裝(zhuāng)箱防腐外面漆

随着中(zhōng)國(guó)集裝(zhuāng)箱協會的推動以及行業自律公(gōng)約的推行[25]，水性集裝(zhuāng)箱塗料迎來了春天，2017 年底标箱全面切換水性集裝(zhuāng)箱塗料，冷箱塗料的水性化于2021 年 7 月實施。集裝(zhuāng)箱标箱的外塗層一般采用(yòng)三道體(tǐ)系：環氧富鋅底漆+環氧中(zhōng)間漆+丙烯酸乳液面漆，幾乎所有(yǒu)的标箱面漆都是丙烯酸乳液體(tǐ)系，搭配底漆和中(zhōng)間漆，可(kě)以提供優異的耐水性、耐鹽霧性、耐水白性、耐候性和硬度等性能(néng)。盡管集裝(zhuāng)箱塗料水性化發展較快，轉型比例很(hěn)高，但集裝(zhuāng)箱水性塗料也存在一些問題，如，塗層針孔、漆膜流挂、厚膜開裂、面漆價格競争激烈等問題。

2. 3 用(yòng)于水性汽車(chē)零部件防腐塗料

中(zhōng)國(guó)是世界上最大的汽車(chē)零部件生産(chǎn)國(guó)。2010—2019 年，我國(guó)汽車(chē)零部件制造行業銷售收入呈持續增長(cháng)态勢，不僅國(guó)内市場增長(cháng)明顯，汽車(chē)零部件出口同樣保持穩定的增長(cháng)。在汽車(chē)零部件分(fēn)類中(zhōng)，金屬類的零部件數量占比較大，超過一半的份額，其次是塑料類和飾品類[26]。其中(zhōng)絕大部分(fēn)汽車(chē)零部件需要塗料的塗覆和保護，保護其不被腐蝕，或增加美觀和舒适程度。目前單組分(fēn)環氧酯體(tǐ)系在汽車(chē)零部件應用(yòng)中(zhōng)存在氣味較大，VOC釋放量高等問題；開發高性能(néng)丙烯酸乳液取代環氧酯将具(jù)有(yǒu)較大的市場空間。而單組分(fēn)丙烯酸乳液相比環氧酯體(tǐ)系，除較低的氣味和 VOC釋放外，需提供優異的耐鹽霧性，較快的幹燥速度和優異的附着力等性能(néng)，以滿足市場需求。

2. 4 用(yòng)于水性氨基烤漆

高溫烤漆以金屬為(wèi)基材，通過高溫烘烤快速成膜，形成的漆膜光澤、硬度、柔韌性、附着力、耐沖擊性等性能(néng)都很(hěn)優異，其中(zhōng)氨基烤漆是最常見的高溫烤漆，廣泛應用(yòng)于各種金屬制品的塗裝(zhuāng)領域。溶劑型氨基烤漆含有(yǒu)大量的丁醇和二甲苯等有(yǒu)毒有(yǒu)害物(wù)質(zhì)，VOC 釋放嚴重超标，污染環境并危害身體(tǐ)健康。随着水性技(jì )術的進步，水性氨基烤漆逐漸地取代溶劑型氨基烤漆，已經在防盜門、電(diàn)梯、包裝(zhuāng)桶、自行車(chē)、三輪車(chē)、酒瓶漆、五金件等領域部分(fēn)取代溶劑型并成功應用(yòng)[27-28]。截止 2020年底，水溶性丙烯酸占水性氨基烤漆主導地位，但由于其 VOC 居高不下和環保政策的趨緊，環保的丙烯酸乳液在氨基烤漆中(zhōng)的應用(yòng)也越來越多(duō)。丙烯酸乳液應用(yòng)于水性氨基烤漆，除真正的低 VOC環保性能(néng)外，還需展現出可(kě)媲美水溶性的高光澤、柔韌性、耐沖擊性，優異的耐候性、耐沸水煮、性價比、适用(yòng)靜電(diàn)噴塗等特點，才能(néng)在水性氨基烤漆中(zhōng)迎來質(zhì)的發展。

2. 5 用(yòng)于水性可(kě)剝離塗料

可(kě)剝離塗料是一種臨時性保護塗料，塗覆在基材表面用(yòng)于隔絕侵蝕介質(zhì)，避免其在生産(chǎn)、運輸或存儲過程中(zhōng)受到刮擦、劃傷、老化、污染、灰塵、油污、指紋等影響，也稱之為(wèi)臨時性防護塗料，可(kě)以為(wèi)各種基材表面提供臨時性保護，一般保護的周期是幾天到幾個月，且保護結束之後可(kě)以輕松地從基材表面剝離，不對基材表面産(chǎn)生任何負面影響。丙烯酸乳液作(zuò)為(wèi)可(kě)剝離臨時性防護塗料[29]，已經在造船、建築、玻璃加工(gōng)、汽車(chē)制造、汽車(chē)零部件、軌道交通等領域有(yǒu)成功的應用(yòng)。盡管水性可(kě)剝離塗料取得了長(cháng)足的進步和發展，但目前仍然存在諸多(duō)挑戰，如，高溫烘烤後丙烯酸體(tǐ)系難剝離或者發脆，丙烯酸可(kě)剝離體(tǐ)系耐溶劑性和耐腐蝕性難以滿足客戶需求，個别基材如氟碳保護後難剝離等問題。

2. 6 用(yòng)于水性浸塗防護塗料

水性浸塗漆普遍用(yòng)于車(chē)橋、鑄造工(gōng)件、沙發支架、零部件等的塗裝(zhuāng)，效率高，浪費少，自動化程度高。目前使用(yòng)的溶劑型或水溶性浸塗漆對溶劑的消耗量極大，槽液穩定性也較差，漆膜容易出現流挂、縮邊、露底、發花(huā)等漆膜弊病。而丙烯酸乳液型浸塗漆槽液穩定、不燃不爆、氣味低、施工(gōng)方便、應用(yòng)面廣，适合大規模工(gōng)業化連續生産(chǎn)，展現出良好的附着力、保光保色、耐水性。單組分(fēn)丙烯酸乳液在浸塗漆應用(yòng)中(zhōng)較為(wèi)廣泛，如，工(gōng)程機械履帶、鋼結構、零部件、沙發支架等工(gōng)件的浸塗保護，常見的塗裝(zhuāng)顔色有(yǒu)黑色、藍色、黃色等。

2. 7 用(yòng)于道路、橋梁和隧道水性塗料

丙烯酸乳液還可(kě)以應用(yòng)于道路、橋梁、隧道等應用(yòng)中(zhōng)，如，水性道路标線(xiàn)漆、隧道反光塗料、隧道防火塗料等。GB/T 38597—2020《低揮發性有(yǒu)機物(wù)含量塗料産(chǎn)品技(jì )術要求》規定了道路标線(xiàn)漆揮發性有(yǒu)機化合物(wù)含量限量為(wèi) 150 g/L。丙烯酸乳液具(jù)有(yǒu)優異的快幹、低 VOC釋放以及跟玻璃微珠的粘合力好等特點，應用(yòng)于衆多(duō)高速公(gōng)路和城市道路中(zhōng)，提供持久的耐磨性，優異的反光性等。

2. 8 用(yòng)于無鉻化金屬表面處理(lǐ)

在工(gōng)業生産(chǎn)防止金屬腐蝕的辦(bàn)法中(zhōng)，表面處理(lǐ)是較為(wèi)常用(yòng)的手段。目前含有(yǒu)六價鉻的鈍化工(gōng)藝最為(wèi)成熟并普遍應用(yòng)。但是六價鉻屬于重金屬，毒性大，尋求高性能(néng)、無毒的無鉻鈍化技(jì )術成為(wèi)當前的主要研究方向。目前無鉻鈍化技(jì )術主要分(fēn)為(wèi)三大類：無機鹽鈍化；有(yǒu)機化合物(wù)鈍化；無機-有(yǒu)機複合鈍化。張振興[30]通過合成自交聯有(yǒu)機矽改性丙烯酸乳液，搭配市售丙烯酸乳液，加入矽烷偶聯劑KH560和不同的緩蝕劑，并通過電(diàn)化學(xué)、耐中(zhōng)性鹽霧測試，獲得複合鈍化液的最優配方和工(gōng)藝。

2. 9 用(yòng)于木(mù)器塗料

現階段制備水性木(mù)器塗料乳液原材料主要是水性聚氨酯分(fēn)散體(tǐ)（PUD）、水性丙烯酸乳液以及丙烯酸改性水性聚氨酯乳液（PUA）。目前市面上木(mù)器塗料仍然以溶劑型為(wèi)主，水性體(tǐ)系還有(yǒu)諸多(duō)問題需要解決，如，提高透明度、封單甯、抗漲筋、抗堆疊、耐溶劑等。其中(zhōng)丙烯酸乳液具(jù)有(yǒu)保光、保色、附着力好、硬度高、耐水性好等特點，已經廣泛應用(yòng)于水性木(mù)器塗料，但丙烯酸乳液存在耐溶劑性差，熱黏冷脆的缺點，提高丙烯酸乳液的封單甯性、抗漲筋性，同時提供良好的底漆打磨性、抗堆疊性，将是未來研發的重點方向。

2. 10 用(yòng)于塑料表面塗裝(zhuāng)

由于塑料表面具(jù)有(yǒu)較低的表面能(néng)，丙烯酸乳液用(yòng)于類似 ABS（丙烯腈\-丁二烯-苯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PET（聚對苯二甲酸乙二酯）、PVC（聚氯乙烯）等基材比較有(yǒu)效，而對于 PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）等基材存在附着力問題。塑料用(yòng)塗料除了對附着力有(yǒu)要求外，還要求塗層硬度高、幹燥速度快、耐劃傷性能(néng)好、耐溶劑擦拭等。塑料漆中(zhōng)應用(yòng)較多(duō)的是銀粉漆，銀粉漆要求具(jù)有(yǒu)比較好的銀粉定向效果，展現較好的金屬質(zhì)感，主要的應用(yòng)領域有(yǒu)手機、電(diàn)腦、家用(yòng)電(diàn)器、兒童玩具(jù)、服裝(zhuāng)模塑、摩托車(chē)配件等。當前塑料用(yòng)水性塗料發展緩慢，主要原因是水性體(tǐ)系跟塑料基材的表面能(néng)差距較大，很(hěn)難有(yǒu)良好的潤濕和附着，需要技(jì )術突破。

除上述應用(yòng)領域外，還有(yǒu)許多(duō)工(gōng)業領域在使用(yòng)水性丙烯酸乳液，如，油墨、無機塗料、紙張塗料、皮革塗料、單組分(fēn)地坪塗料、反射隔熱塗料、阻尼塗料、防水塗料、防火塗料、防塗鴉塗料、膠粘劑、種子包衣、界面劑、改性瀝青塗料、單組分(fēn)地坪塗料等，不同的工(gōng)業塗料應用(yòng)，其應用(yòng)配方和應用(yòng)技(jì )術也大相徑庭。

3 丙烯酸乳液的發展趨勢

丙烯酸乳液在建築塗料領域已經取得了巨大的成功，在“藍天保衛戰”的号召下，丙烯酸乳液憑借其優秀的性能(néng)，低氣味，低 VOC釋放，在工(gōng)業塗料領域的發展駛入快車(chē)道。目前已經在水性鋼結構塗料、水性集裝(zhuāng)箱塗料、水性木(mù)器塗料等應用(yòng)領域取得了成功，未來必将朝着功能(néng)化、高性能(néng)化、環保化方向發展。

除此之外，丙烯酸乳液還将會滲透到更多(duō)的工(gōng)業細分(fēn)領域。然而，丙烯酸乳液還有(yǒu)諸多(duō)問題有(yǒu)待提高和解決，如，單組分(fēn)丙烯酸乳液塗料體(tǐ)系塗層硬度不夠，抗閃鏽性能(néng)不足，尤其是埋弧焊處閃鏽嚴重，耐鹽霧性能(néng)遭遇瓶頸；水性丙烯酸乳液體(tǐ)系在北方冬天不能(néng)施工(gōng)，在南方低溫潮濕環境下幹燥慢。通過特殊功能(néng)化、雜化、混拼、改性等方式揚長(cháng)避短，讓丙烯酸乳液發揮更大的應用(yòng)空間，是今後的研究重點。