本文对抗紫外线涂料的制备方法及应用做一概括和总结

抗紫外线涂料的研究进展

高千洋 佩峰 胡薇雅 方希武 佩文

(浙江工业大学化学工程与材料学院,杭州 310014）

摘要：介绍了几种抗紫外线涂料的制备方法，阐述了抗紫外线涂料在建筑、纺织、汽车工业等领域的应用，总结了近年来抗紫外线涂料的发展趋势和研究方向。 . 稳定剂的主要趋势是高相对分子量、聚合物键合和多功能化；成膜树脂的选择根据不同的用途而有所不同，但都要求粘合剂的乳液聚合物具有高性能和高性能。纳米复合及改性有机涂料的研究与开发是国内外研究的热点。

关键词抗紫外线涂料；准备; 建筑涂料；玻璃镀膜

中国图书馆分类代码 TQ630.7+9 文献识别码 ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.02.011

抗紫外线涂料主要由成膜树脂、光稳定剂（紫外线吸收剂、遮光剂和自由基清除剂）等添加剂组成，用于提高高分子复合涂料的抗紫外线氧化能力，吸收和阻断紫外线或捕捉紫外线引起的自由基，防止分子断裂，对墙面、汽车涂料、外包装材料具有良好的抗紫外线、耐老化和耐候性。然而，目前使用的抗紫外线涂料稳定性较差。在长期使用过程中，随着吸水分子的分解和挥发，产品的抗紫外线能力下降，难以长期保持较高的抗光氧化性。毒性。因此溶胶凝胶法原理，研究环保型抗紫外线涂料是未来涂料行业的一个重要方向。

为了深入、系统地开展抗紫外线涂料的研究，本文对抗紫外线涂料的制备方法和应用进行了总结和总结。

1. 准备

1.1 反光漆

目前，反射涂层的主要研究对象是纳米复合涂层。纳米复合涂层最关键的部分是纳米材料。纳米材料具有优异的性能、纳米粒子的高活性和大的比表面积。将它们添加到有机涂料中，提高了传统涂料的性能，促进了新型功能涂料的开发。纳米材料具有小尺寸效应，可以不同程度地吸收、发射和散射不同波长的光，对紫外线有很强的吸收和屏蔽作用，可以提高涂料的耐老化性和耐候性。由于纳米材料的粒径远小于可见光的波长（400-750nm），可以透过可见光，保证了涂层具有良好的透明性。

纳米复合涂料的制备方法主要有插层复合法、原位复合法和原位聚合法、溶胶-凝胶法、纳米粒子直接分散法和微乳液聚合法。

1.1.1 插层法

插层复合法是先将聚合物或其单体插入具有层状结构的无机填料中，使单体在无机填料中聚合成聚合物（插层聚合），或将聚合物溶液插入层间。在隧道内（溶液插层），或将聚合物熔体直接嵌入其中（熔体插层），可有效破坏无机填料的层状结构，使其粉碎并均匀分散在聚合物基体中，从而复合实现了纳米级的聚合物和无机纳米粒子，形成了聚合物-无机纳米复合材料。

插层复合方法包括插层聚合、溶液插层和熔体插层。对于大多数聚合物来说，由于没有合适的单体进行插层，或者没有合适的溶剂同时溶解聚合物和分散剂，上述两种方法都有其局限性。插层法很容易实现。熔体插层法是美国康奈尔大学的Vaia和Giannelis首先采用的一种方法。他们通过这种方法制备了 PS/粘土和 PEO/粘土聚合物基纳米复合材料 [2-3]。

1.1.2原位复合和原位聚合

原位复合法是将热致液晶聚合物与热塑性树脂熔融共混，通过挤出或注塑成型加工而成。由于液晶分子易于自发取向，液晶微畴沿外力方向取向，形成微纤维结构，在熔体冷却时原位固定，故称为原位复合[4] . 刚性棒状聚合物溶解在柔性聚合物（或其单体）中，并均匀分散在聚合物基体中，形成原位分子复合材料。这种方法称为原位聚合[5]。

1.1.3溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是利用金属醇盐或金属盐（水溶性盐或油溶性醇盐）等前驱体溶解于水或有机溶剂中形成均相溶液，溶质发生水解反应形成纳米级颗粒并形成溶胶。，溶胶通过蒸发和干燥转变成凝胶。如果条件得到适当控制，则可以在凝胶形成和干燥过程中获得聚合物基纳米复合材料而不会发生聚合物相分离 [5]。

1.1.4纳米粒子直接分散

纳米粒子直接分散法是将合成的纳米粒子直接分散在聚合物基体中，制备聚合物基纳米复合材料。聚合物基体多选用性能优良的功能材料。这种方法的优点是通过控制条件可以获得分散度高、颗粒小的纳米复合材料；缺点是颗粒容易结块，难以分散均匀。通常，在纳米颗粒表面覆盖一层活性剂单分子层，以防止纳米颗粒本身的团聚[5]。

1.1.5微乳液聚合

微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂和水组成的热力学稳定体系，其中微小的“水细胞”被单层表面活性剂和助表面活性剂包围形成微乳液颗粒，分散在液体中。在这些相中，超细颗粒的大小是通过控制“水细胞”的大小来控制的。

总之，以上方法各有特点，有各自的适用范围。对于具有层状结构的无机物，可采用插层法；对于难以获得纳米颗粒的材料，可采用溶胶-凝胶法；对于容易获得的纳米粒子，无机物可采用原位复合法或直接分散法；微乳液聚合法可用于制备无机和有机纳米复合颗粒[6]。

1.2吸收性涂层

吸收涂料的关键成分是紫外线吸收剂和光稳定剂（如有机化合物苯基三唑类、二苯甲酮类等），稳定性高、紫外线吸收能力强的抗紫外线添加剂是目前的主要研究方向。

紫外线吸收剂通常含有共轭结构和氢键。吸收紫外线后，可转化为热能、荧光、磷光，同时产生氢键，形成互变异构体[7]。

1.2.1添加光稳定剂

郑天亮等。开展了抗紫外线透明涂料的研究，通过对涂料样品紫外线透过率的检测、紫外线老化试验和老化后的微观形貌观察，评价其紫外线吸收效率和耐久性。[8]。抗紫外线清漆主要由丙烯酸树脂、高效紫外线吸收剂和自由基清除剂组成。可见光透射，应用广泛。

韩文立等。先用含氢硅油对4-烯丙氧基-2-羟基二苯甲酮进行改性得到紫外线吸收剂，然后将丙烯酸树脂、紫外线吸收剂和固化剂按比例混合制成抗腐蚀抗紫外线涂料，具有良好的对波长为240～400nm的紫外线有吸收作用，使涂层具有优良的抗紫外线老化性能，可用于地区管道、储罐、钢结构等外表面的防腐有强烈的阳光[9]。

1.2.2抗紫外线官能团介绍

氟树脂涂料是以含氟聚合物氟树脂为主要成分的新型涂料，其综合物理化学性能优良[10]。目前，国外各行各业都在使用各类氟树脂涂料，发挥其独特的耐候性、耐化学性、防粘防污、防潮防油、抗紫外线等性能。

张高奇等。采用分子结构设计，将具有抗紫外线功能的基团（丙烯酸酯二苯甲酮化合物）引入丙烯酸酯乳液中，得到具有抗紫外线功能的丙烯酸酯乳液，进而制备聚氨酯含肩乳液；再通过互穿网络法共聚得到抗紫外线聚氨酯丙烯酸酯水性涂料胶粘剂[11]。

徐景文等。研究了直接由天然生漆（RL）和多羟基丙烯酸树脂（MPAR）制备IPN（互穿聚合物网络）涂料的方法，以及生漆预聚合对涂膜形成的影响，以及物理力学性能混合涂膜。对性能、耐溶剂性和抗紫外线性进行了测试和表征。结果表明，天然漆与丙烯酸树脂的互穿网络共混可以使RL和MPAR相互交联和缠结。

2.申请

2.1汽车外饰漆

对汽车漆涂膜耐久性的要求越来越高。汽车面漆需要承受 4-5a 的户外曝晒。为此，必须首先选择具有户外耐久性的成膜物质。代理 [13]。纳米玻璃镀膜，利用纳米粉末材料强紫外线反射特性，将纳米粉末按一定比例添加到镀膜中，可有效屏蔽紫外线，保护乘客免受紫外线辐射。在紫外线的作用下，还能分解沉积在玻璃上的污垢，氧化有害气体，杀灭空气中的细菌。健康等[14]。

2.2 光学方面

通常，氟树脂涂层用于光学。氟树脂一般结晶度高，透明度差。为了获得透明的涂膜，需要特殊的工艺。它通常由等离子聚合在物体上镀上四氟乙烯、三氟氯乙烯等制成。镀膜超薄，特征吸收很小，不影响光学元件原有的光学性能；涂层具有渗透作用。，是一种有效的增透膜，同时还具有防潮作用，适用于对湿敏性光学材料的保护[10]。杜邦公司开发的 TeflonAF 是四氟乙烯和全氟-2,2-二甲基-1,3-二恶英的共聚物，是一种非结晶无定形聚合物。

2.3玻璃包装材料

有机涂层通过选择性地阻挡有害波长的光，为玻璃提供了解决包装保护问题的方法。涂层涂在玻璃的外壁上，可以选择性地阻挡紫外线或可见光，在不阻挡可见光的情况下阻挡紫外线，使封装看起来无色，但不能透过紫外线[15]。颜色当然是有机涂料中最容易添加的一种。在绿色玻璃上涂上一层防紫外线的无色涂层，或者在火石玻璃上涂上一层防紫外线的绿色涂层，不难生产出提供完全紫外线防护的绿色。玻璃包装材料。紫外线阻断剂可以添加到红色、黄色、海军蓝或紫色涂料中，增加视觉吸引力之外的额外保护。

玻璃涂层具有优越的化学和物理性能。将其优点和实际应用案例与窗膜进行比较。玻璃镀膜简单易施工。它没有防雾水功能，成本也比较实惠。在日本，玻璃节能涂料广泛应用于酒店、餐厅和展览场所[16]。

2.4建筑涂料

近年来，随着我国城市建筑高层化、大型化的趋势，高耐候、高抗紫外线、高耐污、无溶剂、低污染、环保的高性能建筑涂料备受关注。高度重视。按照 [17-20]。

建筑涂料可分为内墙涂料和外墙涂料。外墙涂料需要承受恶劣天气的影响，对涂料有更高的要求。它们必须具有优异的耐候性、耐热性、保光性、透气性和耐粉性。耐化学性、抗紫外线性、耐水性、耐污性和耐磨性 [21]。但是，在使用一段时间后，这种涂层经常会出现污染和粉化现象。近年来，使用有机硅改性丙烯酸树脂或氟碳树脂可以提高涂层的耐污染性[22-23]。粉化和剥落的主要原因之一是涂膜在紫外光照射下老化，

仿铝板用氟碳涂料是在氟碳树脂的基础上，加入颜料、填料和进口助剂改性而成的新一代涂料。特别是具有很强的抗酸雨、抗污、抗粉化、附着力强、长期保存、抗紫外线等特点。应用于外墙装饰，具有良好的装饰效果和外墙保护，施工方便，造价低廉。优势。主要用于各种建筑物的外墙、屋顶和各种建筑材料的耐久装饰保护涂料，防腐、超耐候、高装饰、超耐久涂料[25]。

2.5 飞机防护涂料

飞机防护涂层在结构的耐环境腐蚀方面非常重要[26]。目前，我国在沿海和内陆湿热地区服役的主要机型均存在不同程度的涂层老化失效，由此造成的基体结构腐蚀严重影响飞机的安全飞行和合理维修[27] -28]。

对于飞机外部结构上的有机涂层，在使用寿命期间的主要老化现象是变色、粉化、开裂、起泡和剥落。这不仅会严重影响涂层的外观，还会导致涂层的保护功能失效，基体结构被腐蚀，甚至诱发重大故障或事故。在恶劣的服役环境下，现役军用飞机的保护涂层在使用 2 到 5 年后会出现严重老化[28]。这是由于涂层暴露在紫外线辐射和湿热环境中，有机分子容易开裂，其外观主要表现为变色[29]。

2.6 文物保护

随着岁月的流失和环境的变化，一些珍贵的文物正在加速剥落和侵蚀。据敦煌研究院等单位对莫高窟壁画颜料变色原因的调查溶胶凝胶法原理，除了对大气中有害成分的腐蚀外，光的作用，尤其是紫外线的作用，非常重要的因素[30]。因此，为了尽可能延长文物的寿命，有必要采取一些必要的保护措施，以减少紫外线辐射带来的负面影响。将文物放置在没有紫外线的环境中，可以减缓文物的破坏速度，延长文物的寿命。文物保存年代，但实际上它已经失去或剥夺了文物的观赏价值[30]。因此，在文物保护中，解决文物置于环境中避光，尤其是强紫外线的问题，是十分必要和迫切的。

2.7纺织整理剂

化纤熔融纺丝时加入抗紫外线整理剂，使纤维具有抗紫外线辐射功能，或采用织物表面涂布的方法，将上述物质均匀分散在涂布粘合剂中，然后涂布形成一层屏蔽膜织物表面具有抗紫外线辐射功能，使织物表面反射有害紫外线[31]。

可用于织物整理的紫外线吸收物质首先是安全无毒的。对波长290-320nm的有害紫外线有很强的吸收作用，本身化学性质比较稳定，具有良好的耐光性和耐热性，不会与其他印染助剂或织物发生不良化学反应本身。成品织物整理剂应具有良好的性能，易于溶解或乳化，易于操作。成品织物应耐水洗，牢度应符合要求[14]。

织物吸收紫外线整理剂的研究与开发，是选择某些能吸收和反射有害紫外线的化学物质，采用化学合成方法制成织物抗紫外线整理剂，为织物提供更新更好的整理剂。具有抗紫外线功能的面料。一种方便实用的组织方式。

2.8 抗紫外线纺织品

国际防紫外线纺织品始于1990年代初。以澳大利亚为代表的低纬度、日照强的国家率先研制出保护人体的防紫外线纺织品，使防紫外线纺织品进入商品化阶段。日本在抗紫外线面料开发方面一直处于国际领先地位，先后推出了具有抗紫外线辐射功能的运动服、衬衫、帽子、太阳伞等产品，深受消费者青睐。

国内对防紫外线纺织品的研究才刚刚起步。东华大学化纤工程研究中心研制出化纤级抗紫外线超细粉及色母粒；山东巨龙化工有限公司通过紫外线吸收剂和屏蔽剂的合理组合，成功开发出棉织物抗紫外线整理剂；厦门华普高科技实业有限公司研发的纳米级陶瓷棉纺织品还具有抗紫外线、抗菌、远红外保温功能；上海交通大学的研究人员利用具有自主知识产权的纳米二氧化钛与聚酯原位聚合，使材料的力学性能、热性能有了很大的提高，280-400nm波段紫外屏蔽率大于95%，紫外透过率小于3%[31-33]；东华大学自主研发的功能性混合材料制成的衣服，可屏蔽掉99.7%的紫外线，紫外线防护系数在50以上。

2.9户外木器涂料

涂料是木窗的表皮。符合建筑物理和化学原理的涂料不仅可以在视觉上保护木窗，而且在结构上也可以保护。德国ROSENHEIM木窗研究所的一项研究发现，68%的木窗使用引起的老化问题与表面油漆有关[34]。户外门窗的木材本身不能阻挡紫外线，因此百叶窗、玄关等木器涂料需要具有超强的抗老化、抗黄变、快干、抗紫外线等性能，涂膜必须具有吸收紫外线的特性。应添加紫外线吸收剂、位阻胺和纳米抗老化剂的能力，以阻挡紫外线，保护木材，提高抗木粉性，

三、结论

综上所述，抗紫外线涂料可以应用于很多领域，其开发研究也受到了极大的关注。但该体系仍存在一些不足，如抗紫外线涂层的长期稳定性、高抗光氧化性等有待提高。环保型抗紫外线涂料的研究是未来涂料行业的一个重要方向。

根据文献对抗紫外线涂料的研究，UV涂料的发展趋势可归纳为以下几个方面：1)UV吸收剂和光稳定剂的主要趋势是高分子量（包括单体和聚合物） )、聚合物键合（包括反应性光稳定剂的共聚和接枝）和多功能化；2)成膜树脂的选择根据不同的用途而有所不同，但共同点是它们都需要粘合剂乳液聚合物具有很高的高性能和高功能；3)纳米复合材料及改性有机涂料的研发是国内外研究的热点。纳米粒子具有较大的比表面积，易于吸附和聚集。纳米材料的表面处理和改性，开发性能优越的分散剂极为重要；目前，纳米复合涂层的一些制备工艺、理论基础、检测方法和手段还不够完善，有待进一步完善。由于应用和应用的差异，纳米粒子的表面特性与不同涂层体系（基材、水、溶剂等）的相容性，纳米粒子的选择和用量应进一步研究。

参考资料：略