data-full-width-responsive="true"> 一种抗紫外自清洁纳米涂料的制备及应用李 娜,贺 蓉,崔大祥,孔毅飞(上海交通大学微纳科学技术研究院, 薄膜与微细技术教育部重点实验室,微米/ 纳米加工技术国家级重点实验室,上海200240)1 引 言纳米材料在涂料中的应用越来越受到人们的重视,因为纳米涂料跟传统的涂料相比具有很多优异性。例如,纳米SiO2 应用在建筑涂料中,可以防止涂料的流挂和解决涂料的贮存稳定性问题。某些纳米粒子对紫外线具有较强的吸收作用,可显著提高涂料的抗紫外线吸收性,从而增强户外用涂料的耐候性[1 ] 。此外,纳米涂料还可以改善涂料表面疏水的自清洁性能[2 ] 。但是纳米粒子的表面极性大,表面能高,粒径小,极易发生团聚而成为微米级粒子,因而使涂料性能达不到理想的要求。为了提高纳米粒子在涂料体系中的分散性,增大纳米粒子与其
它组分的界面结合力,需要对纳米粒子进行表面改性,主要是降低粒子的表面能,提高粒子与有机相的亲和力,减弱粒子的表面极性等。对纳米粒子的改性方法有很多,比较常见的有油酸[3 ] 、月桂酸钠[4 ] 等对纳米粒子进行有机表面改性,近年来利用硅烷偶联剂对纳米粒子进行有机表面改性的报道逐渐增多[5～10 ] 。本文采用硅烷偶联剂KH2570 对纳米粒子进行表面改性,并用透射电镜等对改性效果进行了评价,将改性后的纳米粒子添加到氟碳涂料中,通过接触角测量仪检测涂层对水的接触角明显增大,从而使纳米涂料具有表面疏水的自清洁效应。2 实 验2 1 原料甲基丙烯酞氧基丙基三甲氧基硅烷( KH2570) 、异丙醇、氯仿、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、正辛烷、纳米TiO2 、纳米SiO2 、纳米ZnO 为上海汇精亚纳米新材料有限公司产品,氟碳涂料FC2S200 、X2160 稀释剂, G2 固化剂均为上海衡峰氟碳涂料有限公司产品,实验中用到的水全部为去离子水。2 2 仪器搅拌器( RW 20 IKA LABROTECHNIK) ; 超声仪( T18 BASIC 德国IKA) ; 透射电子显微镜(JOELTEM2010 型) ;傅里叶2红外光谱仪( F T2IR ,Model 55 ,Bruker Equinox) ; 紫外可见分光光度计( UNICAMUV300) ;接触角/ 界面张力测量仪(上海中晨数字技术设备有限公司J C2000D) 。2 3 纳米粒子表面改性方法将12ml 异丙醇与1 5ml 水混合均匀,然后滴加1 5ml KH2570 硅烷偶联剂,充分搅拌1h ,混合均匀。加入13g 所需改性的纳米粒子,搅拌均匀,在80 ℃下烘至半干,然后在120 ℃下完全烘干,在研钵中研磨成细小粉末,备用。2 4 改性效果评价与表征(1) 沉降实验[ 11 ] :以TiO2 为例,分别称取0 1g 改性后的纳米TiO2 粉体,装入带刻度的10ml 试管中,加入一定体积的溶剂至10ml ,充分混合,振荡,竖直放在试管架上,观察不同时间粉体的沉降高度。每隔2h 分别测量上层清液的高度h1 和下层粉体的沉降厚度h2 。h1 越大, h2 越小说明纳米TiO2 在溶剂中的分散性越好、颗粒间越不易团聚。本实验利用该方法定性分析TiO2 粉体在有机溶剂和水中的分散状态及粒子的团聚情况; (2) 采用F TIR 红外光谱仪分析粒子表面的官能团; (3) 采用透射电镜( TEM) 测定粒子在溶剂中的形貌及分散状况。2 5 涂膜性能检测方法取FC2S200 白色漆各100g ,将0 5g 改性后纳米粒子加入并超声分散20min ;取出一定量与G2 固化剂以10 ∶1 混合, 用X2160 稀释剂调整喷涂粘度, 在150mm 50mm 5mm 的铝板上涂膜,每种样两块板,涂膜厚度30表干后80 ℃烘干1h ,冷却,检验如下性能。2 5 1 涂层附着力按GB/ T 928621998 规定进行,先将样板按GB/ T173321993 中要求浸泡24h 后,取出用滤纸擦去表面水分,放置2h 后进行附着力试验,需进行胶带撕离试验。(上海涂料研究所测试) 。2 5 2 耐沾污性能用红色油性记号笔在涂膜表面涂3 条面积约为3mm 30mm 的痕迹,放置24h 后,用脱脂棉蘸适量95 %的乙醇连续擦拭痕迹处5 次往复,2 块试板中如有1 块试板涂膜表面不留痕迹,则认为通过。(上海涂料研究所测试) 。2 5 3 耐人工气候老化性按照GB/ T 186521997 规定进行,结果的评定按照GB/ T 176621995 进行。(上海涂料研究所测试) 。2 5 4 耐酸碱性能配制5 %的盐酸和5 %氢氧化钠溶液,将涂膜后的铝板另外一面蜡封,然后分别浸入到配好的盐酸和氢氧化钠溶液中,静置72h ,观察结果。2 5 5 耐铅笔硬度按照GB/ T 6739 规定进行。2 5 6 接触角测试采用上海中晨数字技术设备有限公司的J C2000D接触角/ 界面张力测量仪对涂层对水的静态接触角进行测量,测试中选用量高法来计算接触角的大小,每个样品取3 个测试点,然后取其平均值。2 5 7 抗紫外性能采用紫外2分光光度计对其紫外吸收性能进行测试。
