[科普中國]-微凝膠

微凝膠屬于微米級的凝膠顆粒，是一種具有分子內(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物微粒，具有優(yōu)良的加工性能和施工性能，可用來對涂料進(jìn)行改性，增強(qiáng)漆膜的力學(xué)性能和耐久性。

簡介微凝膠（又稱微膠）是一種正在發(fā)展的新型功能性聚合物，在改善漆膜流掛性和機(jī)械性能方面具有顯著的優(yōu)勢，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)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(yīng)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(jìn)行乳液聚合，制成活性微凝膠，并給出了微凝膠的定義。之后人們經(jīng)過多年的探索與研究，對微凝膠及其在涂料中的功能和相互作用機(jī)理有了更深刻的認(rèn)識，并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(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的顆粒都稱為微凝膠。微凝膠的大小與高相對分子質(zhì)量的線型聚合物相當(dāng)，分子內(nèi)是交聯(lián)結(jié)構(gòu)，與空間網(wǎng)狀交聯(lián)聚合物相似，有時其交聯(lián)程度更高。

分類根據(jù)微凝膠分子內(nèi)部交聯(lián)密度的不同，微凝膠可以分為硬質(zhì)微凝膠和軟質(zhì)微凝膠兩類。交聯(lián)密度越高，微凝膠硬度越高；反之，微凝膠越柔軟，趨向于線型聚合物。根據(jù)分子內(nèi)及表面有無反應(yīng)性基團(tuán)，微凝膠又可以分為反應(yīng)性微凝膠和非反應(yīng)性微凝膠兩類，其中以反應(yīng)性微凝膠的研究最為活躍，應(yīng)用最為廣泛。我國相關(guān)文獻(xiàn)報道也是反應(yīng)性微凝膠居多。反應(yīng)性微凝膠常見活性基團(tuán)有雙鍵、羥基、羧基、氨基和環(huán)氧基等。

制備方法微凝膠的制備方法較多，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、非水分散聚合和沉淀聚合。聚合反應(yīng)大多為自由基聚合，也有報道通過陰離子聚合制備微凝膠的方法。

通常情況下，微凝膠可通過反相乳液聚合（inverse emulsion polymerization）或者沉淀法（precipitation-based method）制備而成，但是這兩種方法均存有缺陷，前者容易合成出性能不穩(wěn)定的微凝膠，后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制備數(shù)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。1

特性及應(yīng)用微凝膠獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)賦予了其多方面優(yōu)異的功能，可以顯著改善涂料的流變性能，并增強(qiáng)涂膜各項性能。微凝膠還可以用于制備透濕性的防 水涂料，特別是在建筑涂料領(lǐng)域。微凝膠與乳膠樹脂復(fù)配的涂料除了形成致密的涂膜以防止水分的滲透外，還可以使混凝土內(nèi)的水分向外擴(kuò)散，提高混凝土的強(qiáng)度。這種復(fù)配涂料具有良好的水蒸汽透過速度（MVTR），在加量適宜時又不影響涂膜的耐水性，并隨微凝膠用量增加涂膜耐水性提高，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(wěn)定性和耐化學(xué)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(xì)胞包覆、納米反應(yīng)器和生物傳感器等研究領(lǐng)域中展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)