水性油墨用納米ZnO雜化丙烯酸樹(shù)脂的研究進(jìn)展

摘 要：納米ZnO/丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合材料將有機(jī)相與無(wú)機(jī)相的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，使復(fù)合材料具有更好的性能。納米氧化鋅[1]具有極小的粒徑和極大的比表面積，顯示出很多優(yōu)異的宏觀性能，使用納米氧化鋅為無(wú)機(jī)相來(lái)對(duì)有機(jī)聚合物進(jìn)行雜化改性可以增加復(fù)合材料的強(qiáng)度、耐磨性、抗菌性、防老化及光學(xué)性能等。文章介紹了納米ZnO雜化改性丙烯酸樹(shù)脂的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：納米ZnO；丙烯酸樹(shù)脂；雜化改性

1 概述

隨著工業(yè)化的發(fā)展，人們?cè)诟纳粕a(chǎn)及生活條件的同時(shí)，也對(duì)賴以生存的環(huán)境造成了污染和破壞。無(wú)論是哪個(gè)國(guó)家，都不同程度的受到了環(huán)境問(wèn)題的困擾和威脅。整個(gè)地球面臨著全球變暖、水污染、大氣污染和沙漠化等的各種問(wèn)題。正是基于人們意識(shí)到了環(huán)保的重要性，環(huán)保的印刷材料才逐漸受到人們的關(guān)注并研發(fā)。水性油墨也叫水基油墨，其是環(huán)保印刷材料中既古老而又新興的油墨，其是以水為溶劑制成的油墨。隨著對(duì)環(huán)保要求的逐漸提高，水性油墨受到了越來(lái)越多的關(guān)注。水性油墨是由樹(shù)脂連接料、顏料、助劑及水等物質(zhì)組成的均勻漿狀膠黏體[2]。樹(shù)脂連接料是影響油墨印刷性能的關(guān)鍵因素，水性樹(shù)脂連接料品質(zhì)的好壞直接影響著水性油墨的性能。丙烯酸樹(shù)脂是水性油墨中重要的連接料樹(shù)脂之一，它具有干凈、惰性、耐光、耐烘（不泛黃）、光澤好、穩(wěn)定性高和流變性好等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的油墨用丙烯酸樹(shù)脂存在耐水性不好、附著力不好等的缺點(diǎn)[3]，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。近年來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)丙烯酸樹(shù)脂的改性越來(lái)越關(guān)注。無(wú)機(jī)納米材料與丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合化是對(duì)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行改性的一個(gè)重要方法。通過(guò)將無(wú)機(jī)納米材料與丙烯酸樹(shù)脂的復(fù)合，實(shí)現(xiàn)性能的互補(bǔ)和優(yōu)化，使改性后的丙烯酸樹(shù)脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能和熱學(xué)性能。在納米材料改性丙烯酸樹(shù)脂中常用納米SiO2、納米TiO2、納米CaCO3、和納米Fe2O3和納米ZnO等材料，可提高丙烯酸樹(shù)脂的附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能。針對(duì)目前開(kāi)發(fā)的多種納米改性丙烯酸樹(shù)脂的研究情況，文章主要對(duì)納米ZnO改性丙烯酸樹(shù)脂的研究作介紹。

2 納米ZnO改性丙烯酸樹(shù)脂的制備方法

納米ZnO改性丙烯酸樹(shù)脂復(fù)合物可以通過(guò)物理共混法和原位聚合法制備。共混法易于控制改性復(fù)合粒子的形態(tài)和尺寸，但是存在納米ZnO粒子容易團(tuán)聚的缺陷，從而導(dǎo)致，難以均勻分散在聚合物分散相中；原位聚合的方法既克服了納米ZnO顆粒在聚合物分散相中難以均勻分散的問(wèn)題，又保持了納米ZnO的納米特性，使得復(fù)合物具有的優(yōu)異的附著力、硬度、耐磨性及加工等性能。

2.1 物理共混法

物理共混法是將納米ZnO粒子直接與丙烯酸樹(shù)脂物理混合。共混前可以對(duì)納米ZnO進(jìn)行表面處理，使得納米ZnO粒子的表面活性降低，從而減少納米ZnO粒子間的團(tuán)聚，控制納米ZnO的尺寸，改善納米ZnO在丙烯酸樹(shù)脂中的分散性能。根據(jù)共混方式，物理共混法還可分為溶液共混法、乳液共混法、溶膠-樹(shù)脂共混法、熔融共混法和機(jī)械共混法。

溶液共混法是將樹(shù)脂溶于良溶劑中，再加入無(wú)機(jī)納米粒子，充分?jǐn)嚢璺稚?，最后成膜，除去溶劑制得?/p>

乳液共混法是先制備樹(shù)脂乳液，再加入無(wú)機(jī)納米粒子均勻分散混合，接著除去溶劑而成。

溶膠-樹(shù)脂共混法是將無(wú)機(jī)物先形成溶膠再與有機(jī)樹(shù)脂溶液或乳液共混，發(fā)生凝膠化而形成雜化材料。

熔融共混法是將樹(shù)脂融體與無(wú)機(jī)納米粒子共混而制備的雜化體系。

機(jī)械共混法是采用各種機(jī)械方法如研磨攪拌等來(lái)制備雜化復(fù)合材料。

陳鑫[4]采用物理共混法制備了納米氧化鋅改性水性丙烯酸樹(shù)

脂。其采用了不同的改性劑如十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸偶聯(lián)劑、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷（MPTMS）、鈦酸酯偶聯(lián)劑等對(duì)納米氧化鋅進(jìn)行了改性，之后將改性后的納米ZnO加入到水性丙烯酸樹(shù)脂乳液中，再加入其他助劑，用超聲波分散儀進(jìn)行分散，混合均勻。提高了樹(shù)脂涂層的抗紫外能力、抗菌抑菌作用、耐候性、凍融穩(wěn)定性和硬度。

2.2 原位聚合法

原位聚合法是將納米粒子分散于聚合單體或低聚物容易中，原位引發(fā)聚合生成納米/聚合物復(fù)合材料。根據(jù)聚合方式的不同，納米ZnO/聚合物復(fù)合材料的原位聚合法包括無(wú)皂液聚合、細(xì)乳液聚合及超聲乳液聚合等。

無(wú)皂乳液聚合是在聚合過(guò)程中完全不使用乳化劑或僅僅使用微量的乳化劑的乳液聚合。從而克服了反應(yīng)結(jié)束后乳化劑吸附在乳膠粒表面，引發(fā)乳膠粒凝膠，使乳液穩(wěn)定性變差；乳化劑在成膜過(guò)程中遷移到膜層表面，影響膜層附著力、耐水性等；及環(huán)境污染的諸多問(wèn)題。

細(xì)乳液聚合的方法是使用了乳化劑，經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)工藝或高剪切力得到亞微米級(jí)的單體液滴分散體系，在單體液滴中進(jìn)行聚合。

楊俊波[5]等研究了用于水性油墨中的納米氧化鋅改性的水性丙烯酸樹(shù)脂，并用該樹(shù)脂與其他組分混合配制出水性油墨。其將使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷處理納米氧化鋅得到硅烷偶聯(lián)劑改性的無(wú)機(jī)納米粒子，接著將該硅烷偶聯(lián)劑改性的無(wú)機(jī)納米粒子與丙烯酸類單體混合，該反應(yīng)體系中還存在乳化劑、水、引發(fā)劑和聚乙二醇，在改性的納米氧化鋅存在的情況下引發(fā)丙烯酸類單體進(jìn)行乳液聚合得到了納米氧化鋅改性的水性丙烯酸樹(shù)脂。采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米氧化鋅進(jìn)行改性，使其能與丙烯酸類單體共聚，將納米氧化鋅和羥烷基引入到水性丙烯酸樹(shù)脂上，經(jīng)改性后的納米氧化鋅直接參與聚合反應(yīng)，在樹(shù)脂中能夠分散均勻，對(duì)水性丙烯酸樹(shù)脂的改性效果更好，以水性丙烯酸樹(shù)脂為主要連接料配制的水性油墨的膜層耐化學(xué)性和耐磨性均得到大幅的提升。

3 結(jié)束語(yǔ)

作為水性油墨的主要樹(shù)脂連接料類型，丙烯酸樹(shù)脂的改性受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。采用各種無(wú)機(jī)納米粒子/聚合物雜化改性的方法制備納米ZnO雜化水性丙烯酸樹(shù)脂，可以改善丙烯酸樹(shù)脂膜層的硬度、耐磨性及抗紫外線性能等，進(jìn)一步提升了丙烯酸樹(shù)脂的綜合性能，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]納米防水裝飾涂料[J].新型建筑材料，2003（4）：64.

[2]辛秀蘭，等.水性油墨（第1版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社：2-4+69-76.

[3]曹欣祥，陳士芳，曹力.水性丙烯酸樹(shù)脂的改性研究進(jìn)展[J].粘結(jié)，2009（5）：71-75.

[4]陳鑫.納米氧化鋅改性水性丙烯酸涂料的制備與研究[J].工程科技Ⅰ輯，2012：21-34.

[5]楊俊波，楊志德.一種納米氧化鋅改性的復(fù)合型水性油墨及其制備方法[P].2015.