聚丙烯酸酯涂层的制备与应用分析*

刘桃凤

（泉州海洋职业学院 海洋工程学院，福建 石狮 362700）

0 引言

涂料品种繁多，其中聚丙烯酸酯涂料凭借成本低廉、成膜性好而成为涂料发展的热点[1]。聚丙烯酸酯涂层是一种常用的功能性涂层，具有优异的耐化学腐蚀、耐热、耐磨损等性能。随着现代工业的不断发展，聚丙烯酸酯涂层在各个领域中的应用越来越广泛。为了满足不同领域对聚丙烯酸酯涂层的不同要求，探索涂层的制备方法和应用性能是很有必要的。本文对聚丙烯酸酯涂层的制备与应用进行了阐述，分析当前聚丙烯酸酯涂层在各领域的应用情况，针对应用过程中出现的典型问题提出解决方法，为相关领域的研究提供参考。

1 聚丙烯酸酯涂层的制备方法

聚丙烯酸酯涂层制备方法很多，较为成熟的方法有溶液法、悬浮液法、电化学沉积法等，各种制备方法均有各自特点。

1.1 溶液法

将聚丙烯酸酯粉末加入有机溶剂中，如甲苯、丙酮等，制备成聚丙烯酸酯溶液，并在聚丙烯酸酯溶液中加入适量的交联剂，如丙烯酸、甲基丙烯酸等，以提高涂层的耐久性和机械强度[2]，而后在混合好的溶液中慢慢加入如十二烷基苯磺酸钠等稳定剂以保证涂层的稳定性和均匀性，将混合好的溶液搅拌均匀，使其成为均匀的涂层溶液。在需要涂覆的表面上，利用刷子、喷雾器等涂布装置，将涂层溶液均匀地涂布在表面上，待涂层干燥凝固，即可得到一层均匀的聚丙烯酸酯涂层。

该方法制备的涂料价格相对比较贵，若为溶剂型溶液则制备过程消耗溶剂，需要将溶剂回收，设备利用率低，导致成本增加，同时也存在溶剂导致环境污染等问题。

1.2 悬浮液法

准备聚合物悬浮液，将聚丙烯酸酯粉末加入水中，并加入适量的分散剂和稳定剂，搅拌均匀形成悬浮液；调节反应条件，控制悬浮液中聚合物颗粒的粒径和浓度，调节反应温度和pH值，调节引发剂的用量和种类，以控制聚合反应的速率和质量[3]。涂覆制备是将待涂覆基材浸泡于聚合物悬浮液中，使其表面吸附一层聚合物颗粒，然后将其干燥或烘干，形成聚丙烯酸酯涂层。聚丙烯酸酯涂层的膜层厚度通常在数十微米至数百微米之间，可以通过不同的涂覆工艺进行调控。较大的膜层厚度可以提高涂层的耐磨性、耐腐蚀性和抗压强度，但同时也可能降低涂层的柔韧性和耐冲击性。部分产品应用时还需对所制备的聚丙烯酸酯涂层进行后处理，如热处理、紫外线照射等以提高其性能和稳定性。

1.3 电化学沉积法

电沉积有机涂层工艺是一种常用的表面处理技术，它可以在金属表面上形成一层有机涂层。电解液准备：将丙烯酸酯单体与溶剂混合，加入电解质，使其成为适宜的电解液；基材准备：将待涂层的基材表面清洁干燥，并在表面形成一层金属导电层，以便于电化学反应的进行；进行电化学沉积：将准备好的电解液倒入电化学池中，将基材放置于电解液中，通过施加电压使电流在基材表面产生氧化还原反应，从而在基材表面沉积聚丙烯酸酯薄膜；涂层处理：将沉积好的聚丙烯酸酯涂层进行后续处理，包括去除电解液、清洗、烘干等步骤，使其完全形成稳定的涂层。

用该方法制备的聚丙烯酸酯涂层可以提高被涂覆金属的耐化学性和耐高温性，但这种方法对于理想的、复杂组织的薄膜材料有一定的难度，可能因未达到设计目标而导致生产的涂层使用性能降低。

2 聚丙烯酸酯涂层的应用及常见问题解决方案

2.1 聚丙烯酸酯涂层的应用

在化工、石化、电力、水利、船舶等行业中，聚丙烯酸酯涂层被广泛应用于管道、储罐、设备等的内部和外部防腐保护。其优异的耐腐蚀性能可以有效地防止化学介质对设备和管道的侵蚀，延长其使用寿命。在光学涂层领域，例如在摄影、显微镜、望远镜、激光器、太阳能电池、LED灯等方面都有着重要的应用，用于光学涂层可以提高透过率、增强反射率、改善色彩和对比度等光学性能，同时还可以保护光学元件表面免受氧化、腐蚀和机械损伤的影响。聚丙烯酸酯涂层在锂离子电池的正极材料中发挥重要作用，可以作为一种保护层，有效防止电池正极材料与电解液之间发生直接接触，从而在一定程度上减缓正极材料的腐蚀和劣化，有效延长电池的使用寿命。还可以提高电池正极材料的电化学性能，在提高其循环稳定性和容量保持率方面有明显效果。此外，聚丙烯酸酯涂层还可以用于燃料电池中的电极材料。

在建筑领域，聚丙烯酸酯涂层可以用于墙体、屋顶、地板等建筑材料的防水、防污、防腐蚀等方面，提高建筑物的耐久性和美观度。在汽车制造领域，聚丙烯酸酯涂层可以用于汽车油箱、排气管、车身等部位的防腐蚀、防刮花等方面，提高汽车的使用寿命和外观质量。在食品包装领域，聚丙烯酸酯涂层可以用于食品包装袋等包装材料的防潮、防氧化、保鲜等方面，保证食品的质量和安全。在医疗器械领域，聚丙烯酸酯涂层可以用于医疗器械的防腐蚀、抗菌等方面，提高医疗器械的安全性和卫生性。在生物医学领域，如在人工关节和牙科植入物等医疗器械上，聚丙烯酸酯涂层可以增强器械表面的生物相容性，并减少其与周围组织的摩擦，还可以提供更好的抗菌性能，减少术后感染的风险。

2.2 聚丙烯酸酯涂层常见问题解决方案

聚丙烯酸酯涂料具有良好使用性能，属于一种新型优质涂料。其性能主要有：光泽度好，可以制成水白色清漆或者是纯白色的白磁漆；耐光性好，在紫外线照射下不会变黄或者发生分解，可以长时间维持原有色泽；耐热性好，能够作为中性涂料，与铝粉和铜粉等混合，具有金银一样色泽，抗酸碱腐蚀，耐油脂；且能够长期贮存，不会发生变质等情况。

但在高温高压、强酸强碱等恶劣环境下，聚丙烯酸酯涂层容易出现划痕、剥落等现象。因此，通常需要在生产过程中，通过添加硬度剂、改变涂层结构等方式来提高涂层的表面硬度。此外，在长期的紫外线、高温等环境下，涂层容易出现变色、老化等现象，影响使用寿命。因此，需要通过添加稳定剂、改变涂层配方等方式来提高涂层的耐候性。

针对聚丙烯酯涂层在相关应用中出现的常见问题，提出以下几点处理措施。

2.2.1 聚丙烯酸酯涂层的附着力不够强，易剥落

⑴ 表面处理：在涂覆前对基材表面进行处理，如喷砂、酸洗、电离等可以增加涂层与基材的黏结力。

⑵ 选择合适的底漆：底漆的选择对涂层的附着力有很大影响，应选择与聚丙烯酸酯涂料相兼容的底漆以提高其附着力。

⑶ 增加涂层厚度：适当增加涂层厚度可以提高附着力，但过厚的涂层可能会导致表面开裂，须选择合适的涂层厚度。

⑷ 选择合适的固化剂：固化剂的选择也对涂层附着力有影响，应根据涂料的特性选择合适的固化剂，并注意固化时间和温度的控制。

⑸ 检查施工工艺：施工过程中应注意涂层的均匀性和涂层间的干燥时间，避免因不当的施工工艺而影响涂层附着力。

2.2.2 聚丙烯酸酯涂层的耐腐蚀性不佳

⑴ 优化涂层配方：通过调整聚合物种类、添加防腐剂等手段，改善涂层的耐腐蚀性能。

⑵ 提高涂层厚度：增加涂层的厚度可以提高其耐腐蚀性能，但需要考虑到涂层厚度的限制，以免影响涂层的附着力和使用寿命。

⑶ 加强表面预处理：在涂装之前，对基材表面进行钝化、喷砂等处理，可以有效提高涂层与基材的附着力，同时也有助于提高涂层的耐腐蚀性能。

⑷ 引入新型涂装技术：如电泳涂装、喷涂热喷涂等技术能够提高涂层的均匀性和密度，从而提高其耐腐蚀性能。

2.2.3 聚丙烯酸酯涂层的色泽不均匀

⑴ 涂料混合均匀：在使用涂料前，应将涂料容器充分搅拌，确保涂料混合均匀。⑵ 严格控制涂料配比：按涂料说明书中的比例和要求进行配比，确保涂料黏度一致。

⑶ 涂料施工均匀：在涂料施工过程中，注意涂料刷涂的方向、厚度和次数等细节，确保涂料施工均匀，避免出现色差。

3 聚丙烯酸酯涂层的改性及发展趋势

3.1 聚丙烯酸酯涂层的改性

聚丙烯酸酯涂层的性能提升目前有很多研究方向，综合起来主要分为两个方面：

一方面通过改变聚丙烯酸酯材料的成分来提高涂层的性能。例如添加一定比例的纳米颗粒或纳米填料可以增强涂层的硬度和耐磨性。也可以通过添加适量的功能性添加剂来改善聚丙烯酸酯涂层的性能，例如：添加紫外线吸收剂或抗氧化剂，可以提高涂层的耐候性和耐老化性能；添加抗菌剂或防腐剂，可以增强涂层的抗菌和抗腐蚀性能。

另一方面，采用适当的制备工艺来提高涂层的性能。例如：通过调整聚丙烯酸酯的交联程度，可以提高涂层的耐腐蚀性能和耐化学侵蚀性能；采用溶液共混法制备聚丙烯酸酯涂层可以提高涂层的均匀性和密实性；采用真空蒸发法或离子束沉积法制备聚丙烯酸酯涂层可以得到更高质量的薄膜。此外，有些研究人员还通过表面处理来提高聚丙烯酸酯涂层的附着力。例如，使用等离子体处理或化学处理方法可以增加涂层与基材之间的界面黏结力，提高涂层的耐剥离性能。

3.2 聚丙烯酸酯涂料发展趋势

在新型涂层的研发方面，一方面是注重其环保性能，另一方面则是对其使用性能的优化和多功能化。

在环保性能方面，新型聚丙烯酸酯涂层的研发主要集中在减少挥发性有机物（VOC）的含量，采用低VOC技术生产，以达到减少对环境和人体健康的影响。同时，还可以利用可再生、可降解的材料，如生物质、淀粉等，开发出绿色环保型的涂料，以满足人们对环保的要求。

在使用性能方面，新型聚丙烯酸酯涂层的研发主要集中在提高涂层的耐热、耐腐蚀、耐磨损等性能，以满足不同领域的需求。比如在汽车、机械等领域，需要开发出高温耐腐蚀的涂层，以保护设备不受腐蚀和热量的影响；在建材、家具等领域，则需要开发出抗刮、耐磨损的涂层，以延长其使用寿命。

随着涂料行业高质量发展的需要，聚丙烯酸酯涂料从溶剂型发展向水性涂料方向发展。水性涂料工艺技术起步较晚，当前其工艺逐渐发展成熟，有着环保和节能等特点，已经逐渐成为现代涂料的一个主要发展方向，目前其品种、功能和用途越来越完善。

广阔的应用前景充分显示了水性涂料旺盛的生命力，目前正向多功能化、绿色化更高更强方向发展。张颖君[4]等以水性丙烯酸树脂为成膜物质，聚苯胺和鳞片石墨为复合填料，在镁合金表面制备涂层具有对腐蚀截止的抵挡作用，同时达到对基体的缓蚀功能，增强涂层防护性能。周冶锡[5]等通过先合成带呋喃官能团的丙酸酯单体，再与常用的丙烯酸单体无皂乳液共聚合，得到水溶性聚丙烯酸酯交联膜，再进行链段改性，制备成具有较好自修复功能的交联膜。该交联膜不仅具有较好的耐热性和机械性能，而且其涂层表面划痕和微裂纹自修复技术具有广泛的发展前景。

4 结语

聚丙烯酸酯涂层具有低成本且耐磨损性、耐腐蚀的特点，这些特点使其在工业生产中得到广泛应用，例如用于防腐涂料、电子元件、生物医学等领域，然而目前在涂层附加多功能和环保发展等方面仍有一些问题需要进一步探究，如如何提高该涂层的抗紫外线性能、耐高温性能、自修复等。因此，需要不断优化聚丙烯酸酯涂层的制备工艺，改进聚丙烯酸酯涂层的使用性能，以满足不同领域的需求，促进工业生产的发展。