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微凝膠,英文名稱microgel。屬於微米級的凝膠顆粒,是一種具有分子內交聯結構的聚合物微粒,具有優良的加工性能和施工性能,可用來對塗料進行改性,增強漆膜的力學性能和耐久性。
微凝膠(又稱微膠)是一種正在發展的新型功能性聚合物,在改善漆膜流掛性和機械性能方面具有顯著的優勢,因此得到了越來越廣泛的應用。早在1934年微凝膠就由Staudinger等人合成。Funke在微凝膠,特別是在反應性微凝膠方面做了大量理論和實驗工作,用二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯的多官能單體進行乳液聚合,製成活性微凝膠,並給出了微凝膠的定義。之後人們經過多年的探索與研究,對微凝膠及其在塗料中的功能和相互作用機理有了更深刻的認識,並把微凝膠的定義修正為凡凝膠顆粒大小在1~1000nm之間,具有分子內交聯結構的顆粒都稱為微凝膠。微凝膠的大小與高相對分子質量的線型聚合物相當,分子內是交聯結構,與空間網狀交聯聚合物相似,有時其交聯程度更高。
1.微凝膠的分類
根據微凝膠分子內部交聯密度的不同,微凝膠可以分為硬質微凝膠和軟質微凝膠兩類。交聯密度越高,微凝膠硬度越高;反之,微凝膠越柔軟,趨向於線型聚合物。根據分子內及表面有無反應性基團,微凝膠又可以分為反應性微凝膠和非反應性微凝膠兩類,其中以反應性微凝膠的研究最為活躍,應用最為廣泛。中國相關文獻報道也是反應性微凝膠居多。反應性微凝膠常見活性基團有雙鍵、羥基、羧基、氨基和環氧基等。
2.微凝膠製備
微凝膠的製備方法較多,常見的有以下幾種方法:溶液聚合、乳液聚合、微乳液聚合、無皂乳液聚合、非水分散聚合和沉澱聚合。聚合反應大多為自由基聚合,也有報道通過陰離子聚合製備微凝膠的方法。
通常情況下,微凝膠可通過反相乳液聚合(inverse emulsion polymerization)或者沉澱法(precipitation-based method)製備而成,但是這兩種方法均存有缺陷,前者容易合成出性能不穩定的微凝膠,後者無法合成出特定尺寸的微凝膠。其他的合成途徑是通過使用微流體裝置製備數量眾多的單體凝膠顆粒,期間需要在微米尺寸下控制流體速度,這樣才能獲得均勻的且尺寸小的初級凝膠滴。
3.微凝膠的特性及應用
微凝膠獨特的分子結構賦予了其多方面優異的功能,可以顯著改善塗料的流變性能,並增強塗膜各項性能。 微凝膠還可以用於製備透濕性的防水塗料,特別是在建築塗料領域。微凝膠與乳膠樹脂復配的塗料除了形成緻密的塗膜以防止水分的滲透外,還可以使混凝土內的水分向外擴散,提高混凝土的強度。這種復配塗料具有良好的水蒸汽透過速度(MVTR),在加量適宜時又不影響塗膜的耐水性,並隨微凝膠用量增加塗膜耐水性提高,但微凝膠用量超過16%,MVTR就迅速降低。另外,微凝膠還可以用來提高顏料分散的穩定性和耐化學品性,在鋁粉漆中還可以很好地提高漆膜的流平性和鋁粉的定向性。這種顆粒已在藥物輸送、細胞包覆、納米反應器和生物感測器等研究領域中展現出了潛在的應用價值。
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