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納米復合水性外墻涂料的研究,采用表面改性方法制備了納米復合水性外墻涂料,并對其耐候性、耐堿性、耐水性、耐擦洗等性能進行了研究
2019年07月23日    閱讀量:240    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

1 前言

納米材料作為新型功能材料引起了學術界的極大關注。近期,納米材料的研究和應用已遍及各行各業。納米材料在涂料中的應用研究有2種情況【1]:一種是將納米粒子在涂料中分散后形成納米復合涂料,另一種是將完全由納米粒子組成的納米材料應用于涂料后形成納米涂料中國建材網cnprofit.com


本課題屬于第一種情況。將納米TiO2加在涂料中研制納米復合水性外墻涂料,主要目的是使涂料的耐候、耐堿、耐水、耐擦洗、耐老化等性能有明顯提高。在水性涂料中, 由于納米材料具有很高的比表面積,表面能很高,在水介質中分散很容易團聚,造成涂料性能下降【2】。


因此,納米材料在水性涂料中的均勻分散是研制納米復合水性涂料的關鍵。本文通過對納米TiO2材料進行表面改性處理,從而形成納米TiO2漿,然后應用到改性苯丙乳液中制成納米復合乳液, 以此納米復合乳液與相應的顏填料和助劑復配制得納米復合水性外墻涂料,并研究了其綜合性能。


2 實驗部分

2.1 主要原料及儀器

金紅石型納米TiO2、改性苯丙乳液、滑石粉、硫酸鋇、纖維素、其它溶劑和助劑均為市售。JSF一400型攪拌砂磨分散多用機(上海現代環境工程技術研究所生產),電子天平(上海精密科學儀器有限公司),JSM.6480掃描電鏡(日本島津),紫外LuV加速老化試驗箱、JTX.1 1建筑涂料耐洗刷儀、WGG60鏡向光澤度儀、反射率測定儀和涂.4杯均為上海普申化工機械有限公司生產。


2.2 納米二氧化鈦漿料的制備

在120 mL燒杯中加適量的水、OP一10、TFC一1分散劑、TSP 03消泡劑、丙二醇和纖維素,緩慢攪拌均勻,然后加入納米TiO2粉,高速分散15 min后,升溫至80。C左右。在高速分散25 min后,冷卻,再加入少量TiO2,高速砂磨10 min即制成漿料。


2.3 納米復合外墻涂料的制備

將溶劑、乳液、填料及各種助劑按一定比例混合,攪拌分散30 min,再將制備好的納米TiO2漿料按配比加到涂料中,攪拌30 min,分散均勻,加入消泡劑,過濾, 出產品。


2.4 性能檢測

根據GB/T 9755—2001《合成樹脂乳液外墻涂料》的技術指標,按GB/T 1865—1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露(濾過的氙弧輻射)》測定耐候性,按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性測定法》檢測耐水性,按GB/T 9265—1988《建筑涂料涂層耐堿性的測定》檢測耐堿性,按GB/T 9266-1988《建筑涂料涂層耐洗刷性的測定》檢測耐擦洗性。


3 結果與討論

3.1 不同含量納米TiO2復合涂料對涂膜耐候性的影響

用人工LUV紫外加速老化試驗箱,紫外熒光燈管功率0.06 kW,波長313 rim,其特征具有連續光譜。將不同含量的納米TiO2復合外墻涂料與沒有加納米TiO2的改性苯丙涂料作比較,測試結果如表1所示。

表1 不同含量的納米TiO2涂料與改性苯丙涂料的人工老化實驗對比

納米復合水性外墻涂料的研究,采用表面改性方法制備了納米復合水性外墻涂料,并對其耐候性、耐堿性、耐水性、耐擦洗等性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

從表1可看出,納米復合苯丙外墻涂料具有超強的人工老化性能,比改性苯丙外墻涂料人工老化性能提高了80%。主要原因是TiO2納米粒子非常小,預先制備的漿料在水介質中能均勻分散,使得涂膜表面光滑致密,增強了涂膜對紫外光的屏蔽性能。另外,納米粒子在涂料中分散后表面能很大,與高分子膠粘劑及其它填料的粒子表面吸附,形成更多的物理交聯[3J,從而增強了耐老化性能。實驗表明,含3% TiO2的納米復合涂料其耐老化效果最好。


3.2 不同含量納米Tio2復合涂料對涂膜耐水性的影響

幾種涂料耐水性能檢測的結果(25。C下)見表2。

表2 不同含量的納米TiO2涂料與改性苯丙涂料的耐水性試驗對比

納米復合水性外墻涂料的研究,采用表面改性方法制備了納米復合水性外墻涂料,并對其耐候性、耐堿性、耐水性、耐擦洗等性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

從表2可知,納米復合涂料的耐水性比改性苯丙涂料好,而加入3% TiO2的涂料其耐水性最好。其主要原因是納米TiO2漿在水中能很好地分散,形成的涂膜致密,可延緩水分子的侵入。含4% TiO2的涂料其耐水性有所下降,主要是因為聚沉而使涂膜變差。


3.3 不同含量納米TiO2復合涂料對涂膜耐堿性的影響

不同含量納米TiO2復合涂料與改性苯丙涂料涂膜的耐堿性檢測結果列于表3。

表3 不同含量的納米TiO2涂料與改性苯丙涂料的耐堿性試驗對比

納米復合水性外墻涂料的研究,采用表面改性方法制備了納米復合水性外墻涂料,并對其耐候性、耐堿性、耐水性、耐擦洗等性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

從表3可知,納米復合涂料比改性苯丙涂料具有優異的耐堿性,且含3% TiO2的涂料其耐堿性最好。原因可能是納米粒子小,形成涂膜致密, 阻擋了堿液中的OH-侵入涂膜。


3.4 耐擦洗性檢測

含3% TiO2的納米復合涂料與改性苯丙涂料的耐擦洗性試驗結果分別為>l8 000次和>l 1 000次。納米復合外墻涂料的耐擦洗性比改性苯丙外墻涂料提高了近60%。原因是納米復合外墻涂料涂膜致密,納米粒子富集在表層,充當了潤滑劑的作用,降低了涂膜的摩擦系數,從而提高了耐擦洗性。


3.5 納米復合外墻涂料性能檢測結果

按GB/T 9755-2001對含3%Ti02的納米復合涂料與改性苯丙涂料的常規性能進行檢測,結果見表4。

表4 納米復合外墻涂料與改性苯丙涂料性能對比

納米復合水性外墻涂料的研究,采用表面改性方法制備了納米復合水性外墻涂料,并對其耐候性、耐堿性、耐水性、耐擦洗等性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

從納米復合水性外墻涂料與原來改性苯丙涂料檢測結果相比,容器中狀態、施工性、低溫穩定性、涂膜外觀、干燥時間無顯著差別。但是,耐水性、耐堿性、耐人工老化、耐洗刷性均有明顯提高。特別是耐洗刷性提高了近80%。


究其原因,一是形成了致密的涂膜,二是納米材料粒子密集在涂膜表層,充當了潤滑劑的作用,降低了涂膜的摩擦系數,從而提高了涂膜的耐擦洗性。耐人工老化性提高了近60%,主要原因可能是納米粒子在涂料中均勻分散,使涂膜致密,增強了涂膜對紫外光及雨水、酸雨的屏蔽性能;另外,納米粒子與高分子膠粘劑及其它填料粒子表面吸附,形成了更多的物理交聯,從而增強了耐老化性能。


3.6 掃描電鏡照片對比

含3% TiO2的納米復合涂料與改性苯丙涂料的SEM 照片如圖1所示。從圖1可以看出,納米復合涂料的分散效果比改性苯丙涂料的分散效果好。

納米復合水性外墻涂料的研究,采用表面改性方法制備了納米復合水性外墻涂料,并對其耐候性、耐堿性、耐水性、耐擦洗等性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

4 結語

(1)制備了能夠在水介質中均勻分散的納米TiO2漿料。將該漿料加入到改性苯丙外墻涂料中制成納米復合外墻涂料,其性能穩定,涂膜表面光滑致密,在耐候性、耐堿性、耐水性和耐擦洗性等方面比改性苯丙涂料有明顯提高。

(2)納米TiO2的量控制在3%時效果較好。


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