涂料理論研究 | 涂料 —— 一種復(fù)合材料
復(fù)合材料是一種多相材料，它是由聚合物材料、無機(jī)非金屬或金屬材料（如纖維和顆粒狀填料等)通過復(fù)合工藝構(gòu)成的一種新型材料。
復(fù)合材料的特點(diǎn)在于它不僅能保持原組分的特色，而且還可通過復(fù)合效應(yīng)使之具有
新性能
（原有組成材料所不具備的性能）
它可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而最合理地達(dá)到使用要求的性能，從這一點(diǎn)
看，與簡單的混合有明顯的區(qū)別。
實(shí)際上
涂料便是一種復(fù)合材料
而且是歷史最早的復(fù)合材料，例如，早在2000年前我國便出現(xiàn)了用麻絲與大漆構(gòu)成的漆器。從復(fù)合材料的角度來研究涂料，即如何將現(xiàn)代復(fù)合材料的理論和新技術(shù)與涂料研究相結(jié)合，對(duì)于
涂料的創(chuàng)新
將是有意義的。
聚合物復(fù)合材料和涂料一樣有連續(xù)相和非連續(xù)相（分散相），聚合物基的復(fù)合
材料便是以聚合物為連續(xù)相，而填料（顏料）為非連續(xù)相，一般來說，填料可以是粒狀的和纖維狀的或它們的混合，而且它們的長短或粗細(xì)的分布可各不相同，顆粒填料主要有炭黑、SiO2、碳酸鈣、玻璃微珠、金屬粉末等，纖維填料有纖維素、合成纖維、碳纖維、石棉、玻璃纖維以及晶須形金屬等等，一些普通的復(fù)合材料的填料和涂料中的顏料是相近似的。
復(fù)合材料最重要的特點(diǎn)是可以大大改善力學(xué)性質(zhì)，可制備高強(qiáng)度，高模量，具良好抗疲勞性及耐摩擦自潤滑性的材料，如我們熟悉的玻璃纖維增強(qiáng)塑料或碳纖維增強(qiáng)塑料等，復(fù)合材料也可改善高溫耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、隔熱性、抗燒蝕性以及其他特殊性能，這些性能是一些特種涂料所必需的。
懂得聚合物合金的知識(shí)對(duì)涂料的研究更是有益的。
將兩種或兩種以上的聚合物以一定形式組合起來，形成具有不同于原組分聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的新材料稱之為聚合物共混物或聚合物合金，實(shí)際上聚合物合金也是聚合物復(fù)合材料的一種，聚合物合金的特點(diǎn)在于可通過已有的聚合物進(jìn)行共混改性，不僅可以獲得各組分性能互補(bǔ)的，性能優(yōu)異的新材料，而且和復(fù)合材料一樣，通過復(fù)合效應(yīng)可得到原組分不具有的性能，而且可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
聚合物合金的理論和應(yīng)用的發(fā)展和復(fù)合材料一樣將對(duì)涂料發(fā)生重要的影響。
聚合物合金首先是可以改進(jìn)聚合物材料的力學(xué)性質(zhì)，現(xiàn)以橡膠和塑料的混合來
說明這一特點(diǎn)。
若以塑料如聚苯乙烯為主要成分，高抗張的聚苯乙烯便成為連續(xù)相，軟而韌的橡膠成為分散相（微區(qū)）
由于這類材料的基質(zhì)為聚苯乙烯，所以保留了硬而強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，處于高彈態(tài)的橡膠粒子的存在有利于能量吸收，使橡膠的韌性得以發(fā)揮，因而可得到高抗沖的聚苯乙烯。
另一方面，若以橡膠為主要成分，則橡膠為基質(zhì)，構(gòu)成連續(xù)相，塑料為分散相，這樣的體系保留有橡膠的特點(diǎn)，即模量小易變形，但塑料微區(qū)的存在又可補(bǔ)償橡膠低抗張的弱點(diǎn)，成為增強(qiáng)的橡膠。
若橡膠和塑料間的分子存在有化學(xué)鍵，塑料分散相不僅起增強(qiáng)作用，還能使橡膠在變形時(shí)避免大分子間的滑移，這就是所謂的熱塑彈性體。
由以上討論可知，上述合金體系都是
兩相結(jié)構(gòu)的
正因?yàn)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; color: rgb(255, 0, 0);">兩相的存在，兩組分的特點(diǎn)才得以保存，材料才能實(shí)現(xiàn)這些有利性能的結(jié)合。但是，這種相分離不像一般在低分子體系那樣可以進(jìn)一步發(fā)展成宏觀的兩相，聚合物合金是處于一種亞穩(wěn)的狀態(tài)。
聚合物的合金能否形成和兩組分的相容性有關(guān)，相容性太差，兩者根本混合不起來，即使混合起來，材料通常呈宏觀相分離，出現(xiàn)分層現(xiàn)象。兩者相容性越好，得到的材料兩相分散得愈細(xì)，愈均勻，相容性好的極限是形成均勻的一相，即分子水平的分散，此時(shí)在聚集體結(jié)構(gòu)上沒有新的特點(diǎn)，因而和增塑體系相似。
合金可以分為兩大類，一類是簡單的共混體系和互穿網(wǎng)絡(luò)體系，兩種聚合物間
無化學(xué)鍵，另一類是共聚合體系，主要是嵌段共聚物和接枝共聚物。
簡單共混體系
借助于溶劑或熱量實(shí)現(xiàn)組分間盡可能密切地分散和接觸共混的途徑有熔融共混、乳液共混和溶液共混。
互穿網(wǎng)絡(luò)體系 IPN
這是一種采用特殊的制備方法得到的共混物，兩組分聚合物間雖無化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)，但兩區(qū)尺寸較小，可達(dá)到相互貫穿交錯(cuò)，因而賦予材料較好的力學(xué)性能和其他特殊性能，制備IPN的方法很多，如將交聯(lián)聚合物用含有引發(fā)劑和交聯(lián)劑的單體溶脹，然后再進(jìn)行聚合，這樣的方法稱分步IPN。
IPN也可用同步聚合的方法得到，但在涂料上有實(shí)用意義的主要是乳膠一般按種子聚合的方法制備：首先用乳液聚合的方法制備一交聯(lián)度不太大的乳膠，將此乳膠作為種子，再加單體和引發(fā)劑進(jìn)行乳液聚合，于是得一核殼結(jié)構(gòu)，這樣的聚合重復(fù)多次，便得多重的乳膠，但為了成膜，最后一層應(yīng)是不交聯(lián)的，各層的交聯(lián)度也不應(yīng)太高。參見下面示意圖。
嵌段共聚合
嵌段共聚合常由陰離子聚合制備，因?yàn)殛庪x子聚合是一種活性聚合，其生長鏈?zhǔn)恰盎睢钡?，?dāng)加入第二種單體后可繼續(xù)聚合，嵌段聚合可將兩種不相容的聚合物用化學(xué)鍵相連在一起，在成形以后，和聚合物混合物一樣是一種多相體系，這和一般共聚物是不同的，一般共聚物不具聚合物合金的性質(zhì)。
