纳米TiO2改性外墙涂料的研究

data-full-width-responsive="true"> 纳米TiO2改性外墙涂料的研究张智强 ， 丁 虹2(1．重庆大学建材系，重庆400045；2．西华大学建筑与土木工程学院，成都市610039)乳液型外墙涂料是一种低能耗、环保型的现代建筑装饰材料。随着我国国民经济的持续发展、人民生活水平的提高以及环保意识的增强，人们对美观耐用的高性能外墙涂料的需求不断提高。因此，开发集装饰性与功能性于一体的建筑外墙涂料成为一种必然。而纳米材料和纳米技术的异军突起，使其成为当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着重要影响的研究对象。纳米材料在涂料中的应用对于提高涂料的质量，增加涂料的功能具有重要的意义，为建筑外墙涂料向高质量、高档次、环保型、多功能化方向发展提供新契机。 本研究选择了纯丙和硅丙两种乳液作为基料，在传统配方的基础上，加入纳米TiO：材料，制成纳米复合涂料，研究了纳米组分对涂料主要性能的影响。1 实验1．1 原材料纳米TiO：粉体，国产市售产品；纯丙乳液，硅丙乳液，国产市售产品；金红石型钛白粉(R一706)，美国产；硅灰石粉，滑石粉，云母粉，市售；多功能分散剂AMP一95，美国产；分散剂P一19、六偏磷酸钠(分析纯)、醇酯一12、消泡剂、增稠剂、抗冻剂等均为市售。金红石型钛白粉(TiO2)的折射率比一般颜料高，对光的吸收少，散射能力大，具有耐候、耐碱、耐酸性能等优良性能，是最重要的白色颜料 。硅灰石粉能取代部分钛白粉，取代量在20％ 左右，不会影响涂料的遮盖力和白度，并可降低涂料成本。滑石粉可增加流平性，减少裂缝。片状云母粉的水平排列可阻止紫外线的辐射而保护漆膜，防止龟裂和水气渗透，它的化学稳定性强，能提高漆膜的耐温变性和耐候性，且赋予漆膜弹性，提高漆膜的机械强度、抗粉化性、耐久性等。在含有滑石粉的配方中加入云母，可以增加抗腐蚀性、表面硬度、耐擦洗性及提高颜料的着色效率。1．2 实验设备MBE一100L型高剪切乳化机；QSM一Ⅱ 型砂磨机；QL一425超声波清洗仪；NDJ一79型旋转式粘度计；L．XYIV型涂料洗刷测定仪；jss一48AMS型涂层耐沾污性冲洗装置。1．3 基础涂料的配方用于比对实验的外墙涂料基础配方见表11．4 配制工艺表1 外墙涂料基础配方纳米材料能否均匀分散在涂料体系中，发挥其应有的作用，是制备纳米复合外墙涂料技术的关键。本实验通过调节pH值为810，添加纳米TiO 粉体质量2％的P一19分散剂和0．8％的AMP一95，并以5 000 r／min的转速高速剪切分散30 min、砂磨机分散10 min、超声波分散20 min的方法，制备出稳定的纳米TiO2 水悬浮液。在制备纳米TiO 复合外墙涂料时，先按配方，称取适量的纳米TiO 水悬浮液，再将其加入到水、分散剂及其他助剂的混合体系中，高速搅拌几分钟，然后在低速搅拌下加入颜填料，使其初步混合均匀，再通过高速剪切、砂磨等方法使其充分分散，然后在低速搅拌的条件下依次加入乳液、消泡剂、pH调节剂等，搅拌混合均匀，最后用增稠剂调整至适当粘度，即为涂料试样。1．5 性能测试附着力：按GB／T 172079(89)《涂膜附着力测定法(划圈法)》进行。其他性能按GB／T 97552001(合成树脂乳液外墙涂料)进行测试与评价。2 结果与讨论将纳米TiO 组分按涂料总质量0．2％ 、0．5％ 、0．8％ 、1％ 的添加量，分别加入到纯丙和硅丙基础涂料中，制成纳米复合外墙涂料。并按GB／T 97552001对其主要性能进行了测试，其结果见表2。2．1 对比率(白色及浅色)不同纳米TiO：添加量对纯丙、硅丙建筑外墙涂料对比率的影响见图1。由图1可见，随着纳米TiO：添加量的增加，纯丙涂料和硅丙涂料的对比率均有增加，当添加量为涂料总质量的0．5％时，对比率均达到最大值，随后又都随着纳米的增加而降低。从图1中还可看出，添加纳米TiO 材料的纯丙涂料的对比率比添加纳米TiO：材料的硅丙涂料的对比率高。纳米TiO，材料添加到涂料体系后，能有效填补微米级颜填料粒子形成的孔隙，提高涂层的致密度，因而对比率得以增加。由于硅丙乳液存在容易变黄的问题，所以没有纯丙乳液配制的涂料的对比率高。2．2 耐洗刷性从图2可以看出，当纳米TiO：添加量在0．2％ 时，纯丙和硅丙涂料的耐洗刷次数比没有添加纳米材料的基础涂料的耐洗刷次数均有所提高，但不明显；当纳米TiO：添加量在0．5％时，纯丙和硅丙涂料的耐洗刷次数均达到最大，比相应的基础涂料分别提高了66％和71％ ；但当纳米TiO：的添加量继续增加时，两种涂料的耐洗刷次数均有所降低。从图2中还可看出，相同配方的硅丙涂料的耐洗刷性整体性能比纯丙涂料好。由于纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应，改善了涂膜的强度及致密性，从而提高其耐洗刷性。当纳米材料的用量较小时，纳米粒子在涂料体系中的体量偏少，不能有效地填充涂膜内部孔隙，因而改性效果不明显；当纳米粒子的用量过多时，由于体系粘度大，纳米粒子表面能高，纳米粒子发生团聚而变成为微米级粒子，使体系中的纳米相的比例降低甚至消失，这样就失去了纳米粒子的基本功能和作用，因此，纳米材料在涂料中的应用，要控制合理的用量。2．3 附着力由图3可见，当纳米TiO：添加量为0．5％时，两种涂料的附着力均提高了一个等级。纳米材料具有的小尺寸效应和表面界面效应，使其添加到涂料体系中后，极易与树脂中的含氧极性键发生键合作用，增强分子间的结合力、及涂膜与基体间的结合强度，并改善涂料的施工性。2．4 耐沾污性由图4可见，随着纳米TiO：添加量的增加，纯丙涂料和硅丙涂料的耐沾污性均有所提高；当添加量为涂料总质量的0．5％时，涂层耐沾污数值显著降低，分别降低了26．7％ 和33．3％；随后又都随着纳米的增加而降低，表明纳米TiO：添加量0．5％ 时效果最为明显。纳米材料的淤渗作用，使添加纳米TiO：的涂料涂层表面能够形成致密的纳米TiO 涂膜，从而改善涂料的耐沾污性能。2．5 纳米TiO 组分与不同基料的适应性由表2的结果可见，同一配方，硅丙乳液配成的基础涂料比纯丙乳液的综合性能要高。由图l至图4可见，纳米TiO：组分对纯丙乳液涂料的对比率改善要高于硅丙乳液，对硅丙涂料的耐洗刷性、附着力和耐沾污性的改善都高于纯丙涂料。这主要是因为纳米TiO 微粒具有大的比表面和表面原子配位不足，具有较强的吸附性，并且纳米TiO：的化学键与硅丙树脂中的SiO键性质更为相近，因此，纳米TiO 更容易吸附在硅丙树脂上。3 结论1)在所研究的纯丙、硅丙两种涂料中添加纳米TiO ，涂料的综合性能均得到明显改善；其添加量太少，效果不明显，用量过多反而使涂料性能下降，合理的添加量为涂料总质量的0．5％。2)不同乳液和纳米TiO：的适应性不同，产生的效果亦不同。添加纳米TiO 的纯丙乳液涂料的对比率比添加纳米TiO：的硅丙乳液涂料高，而添加纳米TiO：的硅丙乳液涂料耐洗刷性、附着力、耐沾污性比添加纳米TiO 的纯丙乳液涂料高。