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納米材料改性純丙乳膠漆的研制,納米材料的研究和應用成為各行各業的熱點
2019年07月22日    閱讀量:140    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

近年來, 納米材料的研究和應用成為各行各業的熱點。納米材料所具有的小尺寸效應、表面和界面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等, 使納米材料具有了抗菌殺毒、防霧防露、防污自潔、超強疏水、屏蔽防老化等特殊性能。


采用納米技術與建筑涂料進行有機結合提高涂料的抗水性、殺菌性和自潔性、涂膜具有較強的吸附力和良好的耐候性, 對建筑涂料向高質量、高檔次、環保型、多功能化等方向發展, 將會起到極大的推動作用中國建材網cnprofit.com


一、實驗部分

主要原料和設備

納米級SiO2、納米級ZnO、納米級TiO2, 深圳市多貝化工建材有限公司產品; 純丙乳液, 羅門哈斯公司產品; 鈦白粉, 美國杜邦公司產品。主要設備有預分散容器、砂磨機、涂- 4 杯、刮板細度儀。


涂料的制備工藝

納米材料組分的分散與預處理。制備納米改性涂料過程中, 由于納米材料容易產生團聚, 因此納米材料組分的分散與預處理對涂料性能的提高起著關鍵作用。實驗中, 我們采用稀釋的表面活性劑對納米材料進行預處理。


首先將所需的納米材料稱量后置于混合罐中, 然后邊攪拌邊加入表面活性劑, 直到分散均勻, 將預處理的納米材料密封靜置8h, 然后再置于分散罐中, 用高速分散設備將其分散后加入填料再進行后續工序。制備工藝。外墻乳膠漆一般由基料、顏填料、增稠劑、成膜助劑、潤濕劑、分散劑以及其它助劑組成。涂料制備工藝流程見圖1。

納米材料改性純丙乳膠漆的研制,納米材料的研究和應用成為各行各業的熱點 中國建材網,cnprofit.com

圖1 納米改性涂料的生產工藝流程


性能測試。按表1 的配方, 制成涂料, 采用GB/T 9755- 2001《合成樹脂乳液外墻涂料》進行測試。不同組成外墻涂料性能比較見表2。

表1 涂料配方表

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表2 不同組成外墻涂料性能比較

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二、結果與討論

對上述5 組配比涂料樣品的各項性能測試結果表明, 納米材料組分的加入, 可以顯著提高涂料的整體性能, 尤其是對一些定量指標提高更為顯著。

一是耐洗刷性。從表2 可以看出, 加入納米材料的涂料, 其耐洗刷次數明顯高于沒有加入納米材料的涂料。同時加入納米SiO2、納米ZnO 及納米TiO2 等3 種納米材料的5# 配方, 耐擦洗性最好, 達到20000 次以上。由此可以看出, 多種組份的納米材料相互配合, 可充分發揮其協同作用, 使涂料的性能提高更為明顯。


這是因為納米粒子表面存在大量的缺陷態, 它與聚合物分子鏈之間有較強的分子間力, 納米粒子填充進入高分子聚合物的缺陷態內, 改變了基體的應力集中現象, 從而提高了涂膜的強度。


納米SiO2 表面存在硅酸基和活性硅烷鍵, 能形成強弱不等的氫鍵, 表現出極強的補強性, 而且納米SiO2 在涂料成膜時能夠聚結成網狀結構, 可大大提高涂層的強度, 從而提高其耐洗刷性, 但單獨加入納米TiO2 和ZnO對耐擦洗性的提高幅度不大。


二是對比率與耐沾污性。從表2 可以看出, 納米材料組分的加入對涂料的對比率及耐沾污性有明顯的改善。特別是同時加入3 種納米材料組分的涂料, 其對比率及耐沾污性的提高效果很明顯。涂膜內部普遍存在有毛細孔、氣泡等。加入納米粒子可以填充這些孔隙增加涂層的致密性, 因而提高涂料的對比率及耐沾污性的效果。


納米SiO2 提高耐沾污性的作用明顯, 主要是由于其網狀結構可以形成相對比較完整的膜, 使臟物不易附著; 納米TiO2 則由于其具有光催化性, 使附著在涂料表面的有機物不斷分解, 從而使污垢容易除去。多種納米材料組分的加入, 由于其協同作用, 所起的作用就更顯著了。


三是耐候性。從表2 的測試結果看, 不添加納米組分的涂料及添加了納米TiO2 的涂料, 其粉化達到了2 級; 添加了3 種納米材料組分的涂料, 為O 級粉化。這也說明了納米材料的添加有助于提高涂料的耐候性。納米TiO2、納米ZnO 和納米SiO2 都能較好地吸收紫外線, 從而起到了保護涂膜的作用。


納米SiO2 粒子具有極強的紫外光吸收, 紅外反射的特性, 其中對紫外光長波UVA( 320 ~400nm) 反射率達85%, 對中波UVB ( 280~320nm) 的反射率達80%,對短波UVC( 200~280nm)的反射率仍達70%~80%;納米TiO2 可以透過可見光及散射波更短( 200 ~400nm) 的紫外線, 使涂膜能長期保持鮮艷的色彩。但加入單一種類的納米材料時, 對防止粉化, 似乎效果并不明顯, 而加入這些納米材料的復合組分后,則涂料的耐粉化性能明顯提高。尤其是3 種以上的納米材料同時加入時, 效果更好。


三、結語

在基礎純丙涂料中加入納米材料, 可顯著提高涂料的綜合性能。而采用3 種或3 種以上的納米材料復合加入, 可充分發揮它們在涂料中的協同作用, 使涂料的性能提高更為顯著, 為納米改性高性能涂料的開發提供了新的思路。實驗結果同時表明,對于TiO2 和SiO2 納米粒子,涂料性能隨著納米粒子用量的增加而提高, 但當納米粒子的用量達到一定值時,涂料的性能基本不變;而當納米粒子的用量進一步增加時,涂料的性能反而下降。


這一結果表明, 納米粒子的用量小于某一值時,在表面改性劑等作用下, 納米粒子在涂料體系中能得到有效分散; 當納米粒子的用量進一步增加時,由于體系粘度大,納米粒子表面能高,納米粒子發生團聚而成為微米級粒子, 從而使體系中的納米相的比例降低甚至消失, 因而涂料性能也發生相應的變化。


根據涂料的性能與成本,應合理控制納米粒子的用量。納米技術與傳統涂料產業相結合, 這一工作在我國還剛剛起步, 在各方面都需要提高和完善,還應該在理論方面和實際應用方面不斷進行深入、系統地研究, 以推動納米技術和納米材料在涂料中的廣泛應用。



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