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納米TiO2改性外墻涂料的研究,采用表面活性劑、機械分散和超聲波分散等工藝,將納米TiO 分散到傳統外墻涂料中,并對其性能進行了研究
2019年07月23日    閱讀量:211    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

乳液型外墻涂料是一種低能耗、環保型的現代建筑裝飾材料。隨著我國國民經濟的持續發展、人民生活水平的提高以及環保意識的增強,人們對美觀耐用的高性能外墻涂料的需求不斷提高。因此,開發集裝飾性與功能性于一體的建筑外墻涂料成為一種必然中國建材網cnprofit.com


而納米材料和納米技術的異軍突起,使其成為當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著重要影響的研究對象。納米材料在涂料中的應用對于提高涂料的質量,增加涂料的功能具有重要的意義,為建筑外墻涂料向高質量、高檔次、環保型、多功能化方向發展提供新契機。


      本研究選擇了純丙和硅丙兩種乳液作為基料,在傳統配方的基礎上,加入納米TiO:材料,制成納米復合涂料,研究了納米組分對涂料主要性能的影響。


1 實驗

1.1 原材料

納米TiO:粉體,國產市售產品;純丙乳液,硅丙乳液,國產市售產品;金紅石型鈦白粉(R一706),美國產;硅灰石粉,滑石粉,云母粉,市售;多功能分散劑AMP一95,美國產;分散劑P一19、六偏磷酸鈉(分析純)、醇酯一12、消泡劑、增稠劑、抗凍劑等均為市售。


金紅石型鈦白粉(TiO2)的折射率比一般顏料高,對光的吸收少,散射能力大,具有耐候、耐堿、耐酸性能等優良性能,是最重要的白色顏料 。硅灰石粉能取代部分鈦白粉,取代量在20% 左右,不會影響涂料的遮蓋力和白度,并可降低涂料成本。滑石粉可增加流平性,減少裂縫。片狀云母粉的水平排列可阻止紫外線的輻射而保護漆膜,防止龜裂和水氣滲透,它的化學穩定性強,能提高漆膜的耐溫變性和耐候性,且賦予漆膜彈性,提高漆膜的機械強度、抗粉化性、耐久性等。在含有滑石粉的配方中加入云母,可以增加抗腐蝕性、表面硬度、耐擦洗性及提高顏料的著色效率。


1.2 實驗設備

MBE一100L型高剪切乳化機;

QSM一Ⅱ 型砂磨機;

QL一425超聲波清洗儀;

NDJ一79型旋轉式粘度計;

L.XY—IV型涂料洗刷測定儀;

jss一48AMS型涂層耐沾污性沖洗裝置。


1.3 基礎涂料的配方

用于比對實驗的外墻涂料基礎配方見表1

納米TiO2改性外墻涂料的研究,采用表面活性劑、機械分散和超聲波分散等工藝,將納米TiO 分散到傳統外墻涂料中,并對其性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com


1.4 配制工藝

表1 外墻涂料基礎配方

納米材料能否均勻分散在涂料體系中,發揮其應有的作用,是制備納米復合外墻涂料技術的關鍵。本實驗通過調節pH值為8—10,添加納米TiO 粉體質量2%的P一19分散劑和0.8%的AMP一95,并以5 000 r/min的轉速高速剪切分散30 min、砂磨機分散10 min、超聲波分散20 min的方法,制備出穩定的納米TiO2 水懸浮液。在制備納米TiO 復合外墻涂料時,先按配方,稱取適量的納米TiO 水懸浮液,再將其加入到水、分散劑及其他助劑的混合體系中,高速攪拌幾分鐘,然后在低速攪拌下加入顏填料,使其初步混合均勻,再通過高速剪切、砂磨等方法使其充分分散,然后在低速攪拌的條件下依次加入乳液、消泡劑、pH調節劑等,攪拌混合均勻,最后用增稠劑調整至適當粘度,即為涂料試樣。


1.5 性能測試

附著力:按GB/T 1720—79(89)《涂膜附著力測定法(劃圈法)》進行。

其他性能按GB/T 9755—2001(合成樹脂乳液外墻涂料)進行測試與評價。


2 結果與討論

將納米TiO 組分按涂料總質量0.2% 、0.5% 、0.8% 、1% 的添加量,分別加入到純丙和硅丙基礎涂料中,制成納米復合外墻涂料。并按GB/T 9755—2001對其主要性能進行了測試,其結果見表2。

納米TiO2改性外墻涂料的研究,采用表面活性劑、機械分散和超聲波分散等工藝,將納米TiO 分散到傳統外墻涂料中,并對其性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

2.1 對比率(白色及淺色)

不同納米TiO:添加量對純丙、硅丙建筑外墻涂料對比率的影響見圖1。

由圖1可見,隨著納米TiO:添加量的增加,純丙涂料和硅丙涂料的對比率均有增加,當添加量為涂料總質量的0.5%時,對比率均達到最大值,隨后又都隨著納米的增加而降低。從圖1中還可看出,添加納米TiO 材料的純丙涂料的對比率比添加納米TiO:材料的硅丙涂料的對比率高。納米TiO,材料添加到涂料體系后,能有效填補微米級顏填料粒子形成的孔隙,提高涂層的致密度,因而對比率得以增加。由于硅丙乳液存在容易變黃的問題,所以沒有純丙乳液配制的涂料的對比率高。

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2.2 耐洗刷性

從圖2可以看出,當納米TiO:添加量在0.2% 時,純丙和硅丙涂料的耐洗刷次數比沒有添加納米材料的基礎涂料的耐洗刷次數均有所提高,但不明顯;當納米TiO:添加量在0.5%時,純丙和硅丙涂料的耐洗刷次數均達到最大,比相應的基礎涂料分別提高了66%和71% ;但當納米TiO:的添加量繼續增加時,兩種涂料的耐洗刷次數均有所降低。從圖2中還可看出,相同配方的硅丙涂料的耐洗刷性整體性能比純丙涂料好。

由于納米材料的小尺寸效應、量子尺寸效應和表面界面效應,改善了涂膜的強度及致密性,從而提高其耐洗刷性。當納米材料的用量較小時,納米粒子在涂料體系中的體量偏少,不能有效地填充涂膜內部孔隙,因而改性效果不明顯;當納米粒子的用量過多時,由于體系粘度大,納米粒子表面能高,納米粒子發生團聚而變成為微米級粒子,使體系中的納米相的比例降低甚至消失,這樣就失去了納米粒子的基本功能和作用,因此,納米材料在涂料中的應用,要控制合理的用量。


2.3 附著力

納米TiO2改性外墻涂料的研究,采用表面活性劑、機械分散和超聲波分散等工藝,將納米TiO 分散到傳統外墻涂料中,并對其性能進行了研究 中國建材網,cnprofit.com

由圖3可見,當納米TiO:添加量為0.5%時,兩種涂料的附著力均提高了一個等級。納米材料具有的小尺寸效應和表面界面效應,使其添加到涂料體系中后,極易與樹脂中的含氧極性鍵發生鍵合作用,增強分子間的結合力、及涂膜與基體間的結合強度,并改善涂料的施工性。


2.4 耐沾污性

由圖4可見,隨著納米TiO:添加量的增加,純丙涂料和硅丙涂料的耐沾污性均有所提高;當添加量為涂料總質量的0.5%時,涂層耐沾污數值顯著降低,分別降低了26.7% 和33.3%;隨后又都隨著納米的增加而降低,表明納米TiO:添加量0.5% 時效果最為明顯。

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納米材料的淤滲作用,使添加納米TiO:的涂料涂層表面能夠形成致密的納米TiO 涂膜,從而改善涂料的耐沾污性能。


2.5 納米TiO 組分與不同基料的適應性

由表2的結果可見,同一配方,硅丙乳液配成的基礎涂料比純丙乳液的綜合性能要高。由圖l至圖4可見,納米TiO:組分對純丙乳液涂料的對比率改善要高于硅丙乳液,對硅丙涂料的耐洗刷性、附著力和耐沾污性的改善都高于純丙涂料。


這主要是因為納米TiO 微粒具有大的比表面和表面原子配位不足,具有較強的吸附性,并且納米TiO:的化學鍵與硅丙樹脂中的Si—O鍵性質更為相近,因此,納米TiO 更容易吸附在硅丙樹脂上。


3 結論

1)在所研究的純丙、硅丙兩種涂料中添加納米TiO ,涂料的綜合性能均得到明顯改善;其添加量太少,效果不明顯,用量過多反而使涂料性能下降,合理的添加量為涂料總質量的0.5%。


2)不同乳液和納米TiO:的適應性不同,產生的效果亦不同。添加納米TiO 的純丙乳液涂料的對比率比添加納米TiO:的硅丙乳液涂料高,而添加納米TiO:的硅丙乳液涂料耐洗刷性、附著力、耐沾污性比添加納米TiO 的純丙乳液涂料高。 


納米TiO2改性外墻涂料的研究


張智強 , 丁 虹2

(1.重慶大學建材系,重慶400045;2.西華大學建筑與土木工程學院,成都市610039)     


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