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木器漆是用于木制品涂料上的一類樹脂，使用量很大，在眾多木器漆中，硝基漆的應用最廣，其干燥速度快、 硬度高、 可打磨、易修補、 適合大規(guī)模施工等優(yōu)勢，被廣泛應用于家居涂裝、交通工具修補漆、文具等領域，硝基漆的主要成膜物質(zhì)是硝化纖維，俗稱硝化棉。 由于傳統(tǒng)的溶劑型硝基漆有機揮發(fā)性物質(zhì)含量過高， 諸如釋放苯、 甲苯和二甲苯等物質(zhì)，嚴重危害人體健康。隨著國家對環(huán)境要求的日益嚴格，低碳能源、 綠色環(huán)保，已成為木器漆的標準。 所以，以水為分散介質(zhì)的水性硝基漆，由于其有機揮發(fā)性物質(zhì)含量少，引起了人們的廣泛關注，它是一種具有環(huán)保性能的硝基涂料產(chǎn)品。
木器漆是用于木制品涂料上的一類樹脂，使用量很大，在眾多木器漆中，硝基漆的應用最廣，其干燥速度快、 硬度高、 可打磨、易修補、 適合大規(guī)模施工等優(yōu)勢，被廣泛應用于家居涂裝、交通工具修補漆、文具等領域，硝基漆的主要成膜物質(zhì)是硝化纖維，俗稱硝化棉。 由于傳統(tǒng)的溶劑型硝基漆有機揮發(fā)性物質(zhì)含量過高， 諸如釋放苯、 甲苯和二甲苯等物質(zhì)，嚴重危害人體健康。隨著國家對環(huán)境要求的日益嚴格，低碳能源、 綠色環(huán)保，已成為木器漆的標準。 所以，以水為分散介質(zhì)的水性硝基漆，由于其有機揮發(fā)性物質(zhì)含量少，引起了人們的廣泛關注，它是一種具有環(huán)保性能的硝基涂料產(chǎn)品。
1 水性硝基漆的優(yōu)缺點
(1) 裝飾性好，水性硝基漆漆膜堅硬，打磨拋光后可獲得光亮如鏡的表面。色澤接近于木材本色，且透明度高，在涂覆過程中能滲入木材管孔中，可充分顯現(xiàn)木材的天然花紋。各色硝基磁漆的色彩鮮艷，經(jīng)打磨拋光后漆膜平滑細膩。
(2) 干燥速度快，水性硝基漆屬揮發(fā)型漆，一般涂飾一遍，在常溫下十幾分鐘可達表干，幾十分鐘就能實干。因此在間隔時間不長的情況下，可連續(xù)涂飾多遍 。其干燥速度比油性漆快許多倍。但如果連續(xù)涂飾多遍，涂層完全干透也需要較長時間，一般在 12 - 24h 或更長。
(3) 具有一定的保護性能，水性硝基漆堅硬耐磨，具較高的機械強度 。在常溫下有一定的耐水和耐稀酸性能，但不耐堿，耐熱性較差。因此它只能滿足木制品保護的一般條件 。
(4) 固體含量低，由于施工時需要大量的稀釋劑，因此水性硝基漆實際的固體含量一般只有百分之十幾，每涂飾一遍的涂層很薄。當達到要求的漆膜厚度時，需涂飾多遍。手工擦涂常需幾十遍，至使施工工藝困難，放工周期長。
2 水性硝基漆的合成方法
目前制備水性硝基漆的方法主要有以下五種：自乳化法、外乳化法、種子乳液聚合法、轉(zhuǎn)相乳化法以及互穿聚合物網(wǎng)絡聚合法。
（1）自乳化法
目前通過自乳化法制備水性硝基漆主要是通過將帶有親水基團的聚氨酯(PU)引入到硝化纖維分子上，使其水性化，主要原理是利用NC分子上具有的羥基與PU分子上的異氰酸酯基團反應，將PU分子上的親水單(如二羥甲基丙酸)引入到NC分子上，得到帶有羧基的NC大分子，然后加入用作成鹽劑的有機堿(如三乙胺)反應生成WNC，最后加入水，并高速攪拌乳化得到水性硝基漆。
（2）外乳化法
外乳化法是采用外加乳化劑以及給予強剪切力作用強制性地使不能自主在水中分散的粒子分散于水中的方法。與其他制備方法相比較而言，外乳化發(fā)制備工藝最簡單，但是存在制備過程中乳化劑用量較大，乳液膠粒偏大，且粒徑分布寬，乳液穩(wěn)定性以及涂膜耐水性差的缺陷。
（3）種子乳液聚合法
種子乳液聚合法就是以乳化后硝化纖維為核層，以丙烯酸酯為殼層制備的共聚物。制備工藝主要是：首先有機溶劑充分溶解硝化纖維，然后滴加乳化劑的水溶液，得到硝化纖維水乳液。然后再將引發(fā)劑及丙烯酸酯單體滴加到硝化纖維水乳液中，在一定溫度下進行乳液聚合，就得到了以硝化纖維為核，以聚丙烯酸酯為殼的乳液。同時，硝化纖維還可以與丙烯酸酯發(fā)生反應形成半互穿網(wǎng)絡結構。用該方法制備的水性硝基漆涂膜光澤度、力學性能等較好，但耐腐蝕性及耐溶劑型差。
（4）轉(zhuǎn)相乳化法
轉(zhuǎn)相乳化法是制備水性涂料常用的一種工藝。主要用來制備微小的乳狀液。簡單來說就是用物理乳化的方法，在外加乳化劑的條件下，通過滴加水使聚合物從油包水的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成水包油的狀態(tài)，從而制得水性高分子乳液。該方法使用粘度較高的樹脂，其制備工藝是：先將聚合物與乳化劑混合均勻，然后滴加少量的水形成液晶，也就是水包油型乳液；使連續(xù)相從乳化劑中轉(zhuǎn)變，然后加水，就形成了油相與乳化劑所構成的凝膠液；再加入水，使連續(xù)相由乳化劑向水相轉(zhuǎn)變，最終就得到了油包水型乳液。轉(zhuǎn)相乳化法制備的聚合物乳液又可以稱為微小乳狀液，因為其乳液粒子粒徑較小且分布窄，粒徑范圍在 200nm左右，而一般乳液粒徑在 500～2000 nm。該乳液分散性、穩(wěn)定性以及涂膜光澤性等性能較優(yōu)，而且在乳液制備過程中不需要強的機械攪拌。
（5）互穿聚合物網(wǎng)絡聚合法
互穿網(wǎng)絡聚合法在制備水性硝化纖維乳液的應用方法主要是使丙烯酸酯類單體在硝化纖維網(wǎng)狀結構中聚合形成IPN結構的高分子聚合物，制備工藝主要是以丙烯酸酯單體作溶劑溶解硝化纖維，再加入水及乳化劑形成硝化纖維預乳化液，然后再在一定溫度下加入引發(fā)劑進行乳液聚合反應，形成水性硝基漆。
3 水性硝基漆的改性方法
針對水性化硝基漆固體組分含量低，涂膜后溶劑揮發(fā)慢，制備成本較高以及工藝復雜等缺陷，一般通過外加乳化劑或者將親水基團引入到硝化纖維大分子上進行改性，下面主要介紹交聯(lián)改性、丙烯酸酯共聚改性及共混改性三種方法。
（1）交聯(lián)改性
交聯(lián)反應是指兩個或者兩個以上分子(一般為線型分子)相互鍵合，交聯(lián)成為網(wǎng)絡結構的 較穩(wěn)定的大分子的反應。交聯(lián)法是通過在高分子聚合物主鏈上引入含有活性基團的物質(zhì)使其能夠在一定條件下發(fā)生自交聯(lián)反應的方法。交聯(lián)反應能夠使線性和支鏈的聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型的聚合物，這樣可以提高聚合物的力學性能、熱性能、耐磨性和強度等。
目前，關于水性硝基漆交聯(lián)改性的報道較多，蔣吉磊等以自乳化法制備水性硝化纖維乳液，然后以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑改性水性硝化纖維乳液，研究了交聯(lián)劑添加量對水性硝基漆的貯存穩(wěn)定性，涂膜的耐水性、熱穩(wěn)定性及力學性能的影響，實驗結果表明，當交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷添加量為 7%時，乳液儲存穩(wěn)定性優(yōu)良，其涂膜耐水性(吸水率為9.1%)、力學性能(拉伸強度為14.9 MPa，斷裂伸長率為529.3%)并且熱性能較優(yōu)，與未添加交聯(lián)劑水性硝基漆相比有較大提升。
（2）丙烯酸酯共聚改性
共聚改性包括嵌段共聚、接枝共聚和互傳網(wǎng)絡共聚等方法，是將不同性能的高分子材料共聚，來彌補單一材料性能方面的缺陷。
聚丙烯酸酯(PA)是丙烯酸單體在光、熱以及引發(fā)劑的作用下非常容易的發(fā)生聚合反應所形成的聚合物，選擇不同的丙烯酸酯類單體聚合可以得到不同性能的聚丙烯酸酯。比如添加丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯等可提高PA涂膜的柔韌性；添加甲基丙烯酸甲酯可以提高PA涂膜的硬度及耐水性；添加苯乙烯可以使PA涂膜具有很好的光澤度。由于聚丙烯酸酯具有良好的成膜性、粘合性，而且其涂膜在室溫下具有較好的彈性、柔韌性、耐水性以及價格相對較低等優(yōu)勢，因此，采用聚丙烯酸酯對水性高分子聚合物進行改性能夠取得很好的優(yōu)勢互補的效果。
水性硝基漆可以共聚丙烯酸酯來提高其耐水性和柔順性方面的缺陷，陳日清等以過氧化二月桂酰(LPO)作引發(fā)劑，正十六烷(HD)作穩(wěn)定劑，甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯作為單體并以此為溶劑溶解NC，通過細乳液聚合的方法合成了硝基纖維素丙烯酸酯雜化乳液。研究了NC含量對雜化乳液及其涂膜性能的影響。結果表明NC與丙烯酸酯單體發(fā)生了交聯(lián)共聚，且在聚合反應過程中被包裹到聚合物的內(nèi)部。力學性能分析結果表明該聚合物具有較高的拉伸強度及斷裂伸長率。
（3）共混改性
聚合物共混是通過化學或者物理的方法將幾種不同的聚合無混合成高分子聚合物材料，能夠結合幾種聚合物的各自優(yōu)異的性能，通過共混可以提高材料的耐熱性能，力學性能，耐水性能，阻燃性能，也可以賦予材料抗靜電性和導電性能。
總而言之，通過共混改性可以提高高分子材料的綜合性能，擴大其用途，降低使用成本，實現(xiàn)高分子材料的高性能化、精細化及功能化。具有較好的發(fā)展前景。目前，共混整改性在水性聚氨酯、聚丙烯酸酯、醇酸樹脂等高分子材料的改性方面的報道較多，比如將水性聚氨酯乳液與環(huán)氧樹脂乳液等共混，共混所得乳液兼具聚氨酯與環(huán)氧樹脂的性能，形成了性能互補，在提升水性聚氨酯各項綜合性能的同時降低了生產(chǎn)成本。
共混改性在水性硝化纖維乳液改性方面的應用已有部分研究，蘇秀霞，張丹等采用自乳化法以 NC、二羥甲基丙酸、異佛爾酮二異氰酸酯、三乙胺等為主要原料制備了水性硝化纖維乳液，然后采用物理共混的方法制備了聚丙烯酸酯改性水性硝化纖維(WNC/PA)復合乳液。研究了聚丙烯酸酯含量對該聚合物共混體系的乳液及涂膜的微觀結構與性能的影響。實驗結果表明：隨著體系中聚丙烯酸酯含量的增加，復合乳液涂膜的耐水性、拉伸強度及斷裂伸長率逐漸增強，熱穩(wěn)定性提高，微相分離程度減小。當聚丙烯酸酯的質(zhì)量分數(shù)在 30%左右時，該復合乳液涂膜同時具有良好的耐水性、力學性能以及熱穩(wěn)定性能。
楊晶晶等以 1,5−二氨基−3−戊磺酸鈉、硝化纖維和異佛爾酮二異氰酸酯為主要原料制得了自乳化磺酸鹽型水性硝化纖維乳液，再與聚乙烯醇進行物理共混制備出 PVA/SWNC 復合乳液。考察了 PVA 用量對復合乳液及其膠膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)當 PVA 含量為 5%時， PVA/SWNC 乳液具有良好的室溫貯存穩(wěn)定性，膠膜拉伸強度為 10.4 MPa，斷裂伸長率為 359.4%。
普通硝基漆的主要成膜物是高分子的硝基纖維素，極易燃燒 ，鄧朝霞等采用復合阻燃劑，以硝酸纖維素作為基料，同時加入氨基樹脂和多種助劑，得到一種阻燃效果好的硝基清漆，研究了阻燃劑的種類及添加量 、涂層厚度 、涂刷次數(shù)等因素對阻燃效果和涂料理化性能的影響 。 實驗結果表明 : 采用復合阻燃劑、阻燃劑的添加量為 7 % ～ 10 %，多次刷涂時，阻燃清漆有較好的綜合性能 。
趙笑宇等將硝化纖維乳液與蛋白光亮材料共混后制成涂層， 用以提升改性硝化纖維乳液的涂飾性能，涂層的耐磨性由 3 級提升到 2 級，涂層的透氣性由 197. 80mL /( cm·h) 提升到267. 14mL /( cm·h)，透水汽性由 340. 1mg /( 10cm·24h) 提升到 408. 1mg /( 10cm·24h)。
4 展望
油性硝基漆中有機揮發(fā)物含量太高，對環(huán)境的污染很大。就目前的研究情況看來，以水替代溶劑，可以極大地降低有機揮發(fā)物的排放，基本上可以取代傳統(tǒng)的油性硝基漆應用于木器、皮革、油墨、汽車修補等方面，而且硝化纖維也是可再生的、易于分解的環(huán)保型材料，其水性產(chǎn)品一定會在市場中大放異彩。
