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納米TiO2改性建筑外墻乳膠漆耐候性的研究,利用超聲波分散工藝,將納米二氧化鈦分散到普通外墻乳膠漆中制備納米改性外墻乳膠漆
2019年07月22日    閱讀量:245    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

0  引言

  納米材料由于具有量子尺寸效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應[1 ] 等一系列特殊的物理化學性能,從而越來越受到人們的重視,納米材料改性涂料便是目前最受關注的對象之一。二氧化鈦具有金紅石型、銳鈦型和板鈦礦型三種晶型結構,前兩種是常用的晶型,板鈦礦因結構不穩定而很少使用。


由于納米二氧化鈦可透過可見光和散射波長更短(200~400 nm) 的紫外光[2 ] ,因而是一種優異的紫外屏蔽材料,可以用于涂料中中國建材網cnprofit.com。將納米二氧化鈦作為一種納米級的顏料加入到涂料中,充分分散后可以大幅度提高涂料的抗老化性能、抗粘污性能和力學性能[3 ] 。金紅石型納米二氧化鈦與銳鈦型納米二氧化鈦相比具有更高的紫外屏蔽效應,因而更適合于外墻涂料。筆者將攀鋼生產的納米二氧化鈦作為添加劑,利用超聲波分散技術將其分散到普通涂料中做了一系列對比試驗。


1  試驗方法

1. 1  試驗設備

銀河SH60B 氙燈耐氣候試驗機;

加速老化試驗箱(自制) ;

WGG—60 微機光澤度儀;

QEY型涂膜粉化率測定儀;

MINOLTA CR —10 型色差儀。


1. 2  測試方法

將涂料樣板放入加速老化試驗箱和銀河SH60B氙燈耐氣候試驗機中進行老化試驗[4] 。經過一定時間后取出測量其色差與失光率的變化情況,從而判斷其抗老化的能力。色差越大表明其抗變色能力越差,失光率越大表明光澤度損失越大。采用測定樣板的色度空間坐標值L 、a 、b 的方法來測定色差值。老化前測定樣板原始色度坐標值:L T、aT、bT ;老化x 時間后測定樣板的色度坐標:Lx 、ax 、bx ,這樣就可以計算老化前后色度坐標的變化值[3 ] :

納米TiO2改性建筑外墻乳膠漆耐候性的研究,利用超聲波分散工藝,將納米二氧化鈦分散到普通外墻乳膠漆中制備納米改性外墻乳膠漆 中國建材網,cnprofit.com

這樣進行色差的測定,同直接利用未老化樣板作參照測定色差不同,是進行老化試驗的樣板老化前后自身參數的對比,可以有效排除樣板間固有差異的影響。光澤度測定采用:WGG—60 微機光澤度儀,上海精密科學儀器有限公司生產。


該儀器等效采用國際標準ISO2813《非金屬涂料膜20°、60°、85°鏡面光澤的測量》,適用于一般漆膜光澤度的測量。實際測量時采用符合ASTM D523 推薦的60°鏡面光澤度標準測試方法。WGG—60 微機光澤度儀技術參數: 測量范圍0~120光澤單位,穩定性±0. 4 光澤單位,示值讀差±2 光澤單位。粉化測定采用:QEY型涂膜粉化率測定儀,天津建筑儀器試驗機公司生產。


該儀器根據DIN5315“用Kempf 方法測定油漆和類似涂料的粉化率”標準進行粉化率的測定。技術指標如下:施力范圍為50~250 N ,施力精度為±10 % ,橡膠壓頭硬度為60 ±5A 級,直徑為40 mm。


使用方法:將試樣涂膜朝上放在托盤中,放上在室溫下水中浸泡4 min 并用濾紙吸干表面水分的黑色相紙(相紙的光面朝向涂膜) ;握住手柄以均勻壓力往下至刻度值,抬起手柄;取出相紙與標準粉化率等級照片比較評級。


將涂料刷在樣板上,放進銀河SH60B 氙燈耐氣候試驗機中進行老化試驗,每過24 h 后測試光澤度和顏色值,最后再計算失光率和色差值。然后根據國標對其抗老化性能進行評級。失光率和色差的計算方法如下:

失光率= 原始光澤度- 老化后光澤度/原始光澤度×100 %

色差= 老化前顏色值- 老化后顏色值


2  涂料制備

  試驗原料采用攀鋼生產的納米TiO2 ,粒度為30nm。涂料使用同一基本配方(BBL) 配制,這是一種中檔外墻涂料。改變納米TiO2 的添加量制備出幾組試驗涂料,即將納米TiO2 適量溶解用超聲波分散30 min 后按表1 的比例添加到涂料中制備出納米改性外墻涂料。

表1  納米TiO2 粉體改性苯丙乳膠漆試樣

納米TiO2改性建筑外墻乳膠漆耐候性的研究,利用超聲波分散工藝,將納米二氧化鈦分散到普通外墻乳膠漆中制備納米改性外墻乳膠漆 中國建材網,cnprofit.com

 按照國標規定的方法制備涂料樣板[4 ] ,然后進行人工氣候老化和紫外加速老化的實驗。其中紫外加速老化試驗采用4 ×60 W 熒光紫外燈管作為光源,試樣表面距燈管100 mm。



3  實驗結果與分析

3. 1  對乳膠漆色差的影響

添加單一納米TiO2 粉體對乳膠漆色差的影響結果如圖1 所示。

從圖1 中可以看出,納米TiO2 的加入使得苯丙乳膠漆的抗色變性有明顯的提高;納米TiO2 添加量對涂膜抗變色性有一定的影響。從紫外加速實驗結果可以看出, 老化后期, 添加量1. 0 %的涂料同2. 0 %以上的相比,色差要高出0. 5 左右; 添加量2. 0 %的涂料同3. 0 %時相比差異不大,反而添加量2. 0 %時的色差值比3. 0 %時要稍小,可見納米TiO2添加量有一個適當范圍,并不是越多越好。


從圖1 中人工氣候老化結果來看, 單一納米TiO2 改性苯丙乳膠漆在老化202 h (相當于標準620h 左右) 時的色差為3. 0 左右,變色1 級,已經超過國標優等品的指標,而未改性乳膠漆只基本符合國標中檔產品(一等品) 的指標。對比人工氣候老化與紫外加速老化的結果可以看出,紫外加速實驗中色差變化普遍比人工氣候老化要大,但變化趨勢基本一致。


3. 2  對乳膠漆失光率的影響

添加單一納米TiO2 粉體對乳膠漆失光率影響的測試結果如圖2 所示。從圖2 中可以看出,單一納米TiO2 改性乳膠漆的失光率同未改性相比都有變小的趨勢,紫外加速老化144 h 后未改性涂膜的失光率達到50 %,而兩種改性涂膜失光率在30 %以下;人工氣候老化條件下光澤度的變化不穩定,改性與未改性試樣相比差異不明顯,但改性試樣的失光率總體來看還是稍小一些。


可以測得該配方苯丙乳膠漆的光澤度在3. 0 左右,屬于平光乳膠漆,納米改性乳膠漆的結果對光澤度的影響不大。由于涂膜本身的光澤度很小,以及光澤度測定儀的穩定性( ±0. 4 光澤單位) 較差,所以這里討論失光率的變化應該考慮儀器誤差的影響。


納米TiO2改性建筑外墻乳膠漆耐候性的研究,利用超聲波分散工藝,將納米二氧化鈦分散到普通外墻乳膠漆中制備納米改性外墻乳膠漆 中國建材網,cnprofit.com

3. 3  粉化等級

  納米TiO2 改性乳膠漆粉化等級測試結果如表2所示。表2 中所有粉化等級都是由粉化率測定儀測得的結果與標準等級照片對比得出的。從表2 中明顯可以看出,納米TiO2 的加入,可以有效抑制涂膜粉化。紫外加速條件下老化120 h 和人工氣候條件下老化202 h 后,經改性后的漆膜粉化等級仍為1 級。而未改性試樣紫外加速條件下老化48h 后粉化等級為2 級,老化144 h 后粉化等級已經超過4 級;人工氣候條件下老化156 h 后為2 級,到202h 后已經達到3 級。

表2  納米TiO2 改性乳膠漆粉化等級測試結果

納米TiO2改性建筑外墻乳膠漆耐候性的研究,利用超聲波分散工藝,將納米二氧化鈦分散到普通外墻乳膠漆中制備納米改性外墻乳膠漆 中國建材網,cnprofit.com

4  結語

  納米TiO2 加入到涂料中分散均勻后可以較大幅度地提高涂料的抗老化性能,主要表現在以下幾點。

(1) 納米TiO2 的加入對苯丙乳膠漆的抗色變性有明顯的提高;添加2 %納米TiO2 改性的涂料經過202 h (相當于標準620 h 左右) 時的色差為3. 0 左右,變色1 級,已經超過國標優等品的指標。

(2) 紫外加速老化144 h 后未改性涂膜的失光率達到50 %以上,而兩種改性涂膜失光率在30 %以下。

(3) 納米TiO2 的加入,可以有效抑制涂膜粉化,紫外加速老化120 h 和人工氣候老化202 h 后,經改性后的漆膜粉化等級仍為1 級。而未改性試樣紫外加速老化48 h 后粉化等級為2 級,老化144 h 后粉化等級已經超過4 級,人工氣候老化156 h 后達到2級,到202 h 后已經達到3 級。


納米TiO2 改性建筑外墻乳膠漆耐候性的研究


吳健春1 , 黃婉霞2 , 鄭洪平2 , 曹建軍1

(1. 攀枝花鋼鐵研究院,四川 攀枝花 617000 ;  2. 四川大學材料學院,四川 成都 610065)


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