涂料與油墨
建筑物墻面因?yàn)樗⑸仙衿娴耐苛希吃趬γ娴幕覊m能順雨水流下，使墻面長(zhǎng)期保持干凈整潔;汽車和摩托車零部件由于罩上了一層保護(hù)涂料，即使堅(jiān)硬的材料與其“親密接觸”也不會(huì)留下一絲痕跡。由我國(guó)科技人員自主開發(fā)成功的高性能丙烯酸樹脂及應(yīng)用技術(shù)，已經(jīng)使中國(guó)建筑涂料開始全面接近國(guó)際先進(jìn)水平，并使國(guó)產(chǎn)車用涂料成功打入零配件市場(chǎng)，吸引了德國(guó)漢高、美國(guó)BEHR、美國(guó)GE、英國(guó)帝國(guó)化學(xué)等國(guó)際知名公司紛紛前來一探究竟。這項(xiàng)技術(shù)獲得了2009年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人國(guó)家教育部先進(jìn)涂料工程研究中心主任、復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系主任武利民教授介紹，在追求高性能的同時(shí)，減少VOC排放已成為全球涂料界的共識(shí)。我國(guó)是僅次于美國(guó)的涂料生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，但中高端樹脂及涂料研發(fā)與生產(chǎn)長(zhǎng)期以仿制為主，只能依賴從國(guó)外進(jìn)口樹脂和顏填料來調(diào)整配方。由于無法形成自己的核心技術(shù)，而且對(duì)樹脂、顏填料這些關(guān)鍵原材料的設(shè)計(jì)與制備方面的研究不足，我國(guó)在樹脂及相關(guān)涂料領(lǐng)域與國(guó)外的競(jìng)爭(zhēng)中長(zhǎng)期處于下風(fēng)，汽車、電子行業(yè)等中高端涂料市場(chǎng)幾乎為國(guó)外公司壟斷，核心技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)盡被國(guó)外科研機(jī)構(gòu)和公司控制。
武利民教授說，要達(dá)到高性能和低VOC排放這一目標(biāo)可以采用兩種方法：一是水性化，即人們常說的水性涂料;二是提高油性涂料的固含量。以丙烯酸樹脂為成膜物質(zhì)的丙烯酸酯類涂料因具有優(yōu)良的耐候性、耐水性、耐酸堿性、耐粘污性、無毒、對(duì)環(huán)境友好等性能，已經(jīng)成為建筑涂料中用量最大的一類產(chǎn)品。同時(shí)，汽車工業(yè)特別是轎車的面漆和中涂層中，高固含量丙烯酸酯涂料的使用比例也越來越大。為此，在國(guó)家“863”計(jì)劃和上海市有關(guān)科技計(jì)劃的支持下，他們選取了產(chǎn)量最大、用途最廣的涂料用樹脂——丙烯酸樹脂，作為突破口。目前，他們圍繞這一項(xiàng)目已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利11項(xiàng)、國(guó)際專利2項(xiàng)，其中已授權(quán)中國(guó)專利10項(xiàng)、美國(guó)專利1項(xiàng)，發(fā)表國(guó)際SCI論文53篇。
據(jù)武利民教授介紹，固含量不斷提高時(shí)，體系的黏度會(huì)隨之升高，后續(xù)的調(diào)配和施工工作將越來越困難。要想提高固含量、降低體系中有機(jī)溶劑的含量，必須有效控制樹脂的分子量及其分布。為解決這一矛盾，他們發(fā)明了高固體分丙烯酸樹脂的分離聚合技術(shù)，在提高樹脂溶液固含量的同時(shí)，保證體系具有較低的黏度。
之后，科研人員又通過將納米二氧化硅溶膠進(jìn)行表面改性，獲得了高固低黏納米復(fù)合丙烯酸樹脂。由于解決了納米涂料中無機(jī)納米粒子的難分散和團(tuán)聚問題，他們制備出的丙烯酸樹脂固含量在90%以上，涂層性能部分超過國(guó)外的高固含溶劑型涂料。該技術(shù)已在廣州實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品已在多家著名的汽車、摩托車、家電廠家獲得應(yīng)用，部分取代了進(jìn)口。
武利民認(rèn)為，水性涂料以水為溶劑，環(huán)保性毋庸置疑。但一般來說，水性涂料的綜合性能與油性涂料總體上還有一定的差距。為克服以上弊端，他們發(fā)明了不含任何傳統(tǒng)乳化劑的丙烯酸樹脂無皂乳液的制備新技術(shù)：利用納米二氧化硅表面的硅羥基呈弱負(fù)電性或弱酸性及親水性的特點(diǎn)，通過靜電或酸-堿相互作用，使納米二氧化硅粒子在單體的聚合反應(yīng)過程中被吸附到單體液滴和生成的丙烯酸乳膠粒子表面，起乳化劑功能，解決了傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂乳液合成需要大量有機(jī)小分子乳化劑的問題。
此外，他們還進(jìn)一步衍生發(fā)明了高固低黏納米復(fù)合聚酯及涂層的制備技術(shù)，以及以納米二氧化硅粒子為乳化劑的硅烷化聚合物后乳液制備技術(shù)。
目前這項(xiàng)技術(shù)已在江蘇和上海實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)出的水乳膠丙烯酸樹脂涂層的耐污性小于5%(國(guó)標(biāo)為15%，數(shù)值越小越好)、自清潔性好、人工加速老化時(shí)間達(dá)1600小時(shí)上。由于解決了建筑工程外墻涂料裝飾很容易出現(xiàn)的易粘污、易變色問題，央視大樓及演播廳、世博會(huì)及其動(dòng)遷工程等國(guó)家重大工程中都能見到這一創(chuàng)新成果的身影。
據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人國(guó)家教育部先進(jìn)涂料工程研究中心主任、復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系主任武利民教授介紹，在追求高性能的同時(shí)，減少VOC排放已成為全球涂料界的共識(shí)。我國(guó)是僅次于美國(guó)的涂料生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，但中高端樹脂及涂料研發(fā)與生產(chǎn)長(zhǎng)期以仿制為主，只能依賴從國(guó)外進(jìn)口樹脂和顏填料來調(diào)整配方。由于無法形成自己的核心技術(shù)，而且對(duì)樹脂、顏填料這些關(guān)鍵原材料的設(shè)計(jì)與制備方面的研究不足，我國(guó)在樹脂及相關(guān)涂料領(lǐng)域與國(guó)外的競(jìng)爭(zhēng)中長(zhǎng)期處于下風(fēng)，汽車、電子行業(yè)等中高端涂料市場(chǎng)幾乎為國(guó)外公司壟斷，核心技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)盡被國(guó)外科研機(jī)構(gòu)和公司控制。
武利民教授說，要達(dá)到高性能和低VOC排放這一目標(biāo)可以采用兩種方法：一是水性化，即人們常說的水性涂料;二是提高油性涂料的固含量。以丙烯酸樹脂為成膜物質(zhì)的丙烯酸酯類涂料因具有優(yōu)良的耐候性、耐水性、耐酸堿性、耐粘污性、無毒、對(duì)環(huán)境友好等性能，已經(jīng)成為建筑涂料中用量最大的一類產(chǎn)品。同時(shí)，汽車工業(yè)特別是轎車的面漆和中涂層中，高固含量丙烯酸酯涂料的使用比例也越來越大。為此，在國(guó)家“863”計(jì)劃和上海市有關(guān)科技計(jì)劃的支持下，他們選取了產(chǎn)量最大、用途最廣的涂料用樹脂——丙烯酸樹脂，作為突破口。目前，他們圍繞這一項(xiàng)目已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利11項(xiàng)、國(guó)際專利2項(xiàng)，其中已授權(quán)中國(guó)專利10項(xiàng)、美國(guó)專利1項(xiàng)，發(fā)表國(guó)際SCI論文53篇。
據(jù)武利民教授介紹，固含量不斷提高時(shí)，體系的黏度會(huì)隨之升高，后續(xù)的調(diào)配和施工工作將越來越困難。要想提高固含量、降低體系中有機(jī)溶劑的含量，必須有效控制樹脂的分子量及其分布。為解決這一矛盾，他們發(fā)明了高固體分丙烯酸樹脂的分離聚合技術(shù)，在提高樹脂溶液固含量的同時(shí)，保證體系具有較低的黏度。
之后，科研人員又通過將納米二氧化硅溶膠進(jìn)行表面改性，獲得了高固低黏納米復(fù)合丙烯酸樹脂。由于解決了納米涂料中無機(jī)納米粒子的難分散和團(tuán)聚問題，他們制備出的丙烯酸樹脂固含量在90%以上，涂層性能部分超過國(guó)外的高固含溶劑型涂料。該技術(shù)已在廣州實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品已在多家著名的汽車、摩托車、家電廠家獲得應(yīng)用，部分取代了進(jìn)口。
武利民認(rèn)為，水性涂料以水為溶劑，環(huán)保性毋庸置疑。但一般來說，水性涂料的綜合性能與油性涂料總體上還有一定的差距。為克服以上弊端，他們發(fā)明了不含任何傳統(tǒng)乳化劑的丙烯酸樹脂無皂乳液的制備新技術(shù)：利用納米二氧化硅表面的硅羥基呈弱負(fù)電性或弱酸性及親水性的特點(diǎn)，通過靜電或酸-堿相互作用，使納米二氧化硅粒子在單體的聚合反應(yīng)過程中被吸附到單體液滴和生成的丙烯酸乳膠粒子表面，起乳化劑功能，解決了傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂乳液合成需要大量有機(jī)小分子乳化劑的問題。
此外，他們還進(jìn)一步衍生發(fā)明了高固低黏納米復(fù)合聚酯及涂層的制備技術(shù)，以及以納米二氧化硅粒子為乳化劑的硅烷化聚合物后乳液制備技術(shù)。
目前這項(xiàng)技術(shù)已在江蘇和上海實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，生產(chǎn)出的水乳膠丙烯酸樹脂涂層的耐污性小于5%(國(guó)標(biāo)為15%，數(shù)值越小越好)、自清潔性好、人工加速老化時(shí)間達(dá)1600小時(shí)上。由于解決了建筑工程外墻涂料裝飾很容易出現(xiàn)的易粘污、易變色問題，央視大樓及演播廳、世博會(huì)及其動(dòng)遷工程等國(guó)家重大工程中都能見到這一創(chuàng)新成果的身影。
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（藍(lán)劍）