微乳液技术研究进展及其在涂料中的应用
微乳液技术研究进展及其在涂料中的应用
涂料是严重的污染源之一,每年全世界因生产溶剂型涂料而排放到大气中的有机溶剂量相当大[1]。随着社会的发展和人类环境意识的加强,世界各国对环保标准的不断提高,对挥发性有机化合物(VOC)排放量的限制日趋严格,因此,以聚合物乳胶为成膜物的水性涂料得到了充分的重视和发展。然而目前一般方法制得的水乳型涂料存在机械稳定性差、颗粒粗大不均匀等弊端,而采取微乳化技术可制得粒径在100nm以下,性能稳定且透明的微乳液,它以其特殊的结构性能,用于涂料可以显著提高涂膜的强度、附着力、平滑性和光泽,而且使涂料保持较高固含量,同时也具有较低的黏度,因而这种方法正逐渐为涂料界重视,成为水性涂料新的发展发向。
1微乳液及其特征
微乳液最早由Hoar与Schulman[2]于1943年提出,可定义为:由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为碳氢化合物)和水(或盐水)在合适的比例下自发形成的热力学稳定、各向同性、低黏度、外观透明或半透明、粒径在10～100nm的分散体系[3]。由于分散相尺寸远小于可见光波长,因此微乳液一般为透明或半透明。相应地把微乳液的制备技术称为微乳化技术(MET)或纳米乳液乳化技术。
1.1微乳液的形成
关于微乳液的形成机理现有两种解释:一种解释认为在一定条件下,产生负界面张力,从而使液滴的分散过程自发进行。当无表面活性剂时,一般油/水界面张力约0.03～0.05N/m,有表面活性剂时,界面张力下降,若再加入一定量极性有机物时,可使界面张力下降到不能测定的程度。当表面活性剂和辅助表面活性剂量足够时,油水界面张力可能暂时小于零,但负界面张力不能稳定存在,体系必定会扩大界面以趋于平衡,使液体分散度加大,最终形成微乳液。但这种说法在理论与实践上尚未得到证明。因为界面张力是一种宏观性质,是否适于微观以及此时界面是否存在还未可知。另一种解释认为微乳液的形成实际上就是在一定条件下表面活性剂胶团溶液对油或水的增溶结果———形成了增溶胶束溶液,即微乳液。微乳液的制法有两种:一种是把烃、水、乳化剂混合均匀,然后向该乳液中滴加醇,在某一时刻体系会突然间变得透明,这样获得了微乳液,即Schulman[4]法;另一种是把烃、醇、乳化剂混合为乳液体系,向该乳液中加入水,体系也会在瞬间变成透明,即Shah[5]法。还有文献报道另一种方法是不加醇,而是加入某种强极性单体,如丙烯酰胺、三甲基氯化铵(DMMC)等,在选择适当乳化剂的情况下,也能得到微乳液。
