纳米二氧化硅对苯丙外墙涂料的改性作用

data-full-width-responsive="true"> 纳米二氧化硅对苯丙外墙涂料的改性作用王 1 孙道兴2 仇汝臣1( 1 青岛科技大学化工学院, 山东226042 2 青岛科技大学化学与分子工程学院, 山东266042)1 前言纳米二氧化硅添加到外墙涂料中可提高涂料的耐擦洗性、强度、硬度等。在建筑内外墙涂料中添加少量的纳米二氧化硅, 涂料的抗紫外线老化试验性能可由原来的250h 提高到600h 以上、耐擦洗性提高10 倍以上、干燥时间大幅度降低, 而且原料存在的悬浮稳定性差、触变性差、光洁度不高等问题也得到很好的解决, 添加纳米二氧化硅的内外墙涂料的开罐效果也明显地改善, 涂料不分层、防流挂、施工性良好, 抗污性大大提高, 并具有优良的自清洁性和附着力 。2 实验部分21 试剂纳米二氧化硅, 青岛科技大学自制; 分散剂C, 德谦( 上海) 化学有限公司; 润湿剂( PE100) 、消泡剂( NXZ) 、防腐剂( LFM) 和增稠剂( 1130) 均由深圳海川化工科技有限公司提供; 成膜助剂( N795) , 北京美亚华成贸易有限公司; 流平剂450, 德国迪高公司; 苯丙乳液, 青岛腾马化学工业有限责任公司。22 纳米改性苯丙外墙涂料制备工艺纳米苯丙外墙涂料的制备工艺: 首先向水中加入分散剂C ( 聚合物的钠盐水溶液) 、多聚磷酸钠和二氧化硅粉体, 在旋转搅拌器下充分混合分散05h, 然后将搅拌器的转速调至( 800~ 1000) r/min, 慢慢加入润湿剂( PE100) 、消泡剂( NXZ) 、防腐剂( LFM) 、钛白粉、硅灰石、云母粉、滑石粉, 搅拌1h, 将混合物加入胶体磨中研磨至细度小于30Lm, 在慢速搅拌下加入计量的苯丙乳液、成膜助剂、增稠剂和流平剂, 最后再向其中加入氨水, 将pH 值调至8 左右, 再中速搅拌05h, 即得成品。3 结果与讨论31 纳米二氧化硅的分散程度对涂料的影响纳米二氧化硅为无定性白色粉末, 是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。经扫描电子显微镜测试分析, 其呈现出絮状和网状的准颗粒结构, 颗粒尺寸小, 为( 3~ 15) nm, 比表面积大,表面存在大量可键合状态的羟基。纳米二氧化硅的奇异性能与其具有高表面活性和庞大的比表面积有关, 但其本身易团聚而使其性能难以充分发挥[ 2] 。此外, 纳米二氧化硅的诸多性能能否得到充分发挥, 还取决于粉体在涂料中的分散程度。因此, 纳米二氧化硅粉体在使用中首先要通过表面处理来改变其表面的物理化学性能, 改善纳米粉体的应用适用性, 同时还必须均匀分散, 打开其团聚体, 发挥其特殊性能。在制备苯丙外墙涂料中, 除了加入纳米二氧化硅可以改善其性能外, 还可选取不同的分散剂提高苯丙外墙涂料的性能。分散剂C 的特点是不起泡,减少涂膜缺陷与消泡剂用量, 控制二氧化硅团聚,保持乳胶稳定。其若与非离子性润湿剂并用, 可得到最佳润湿、分散效果并能防止分色、浮色。32 纳米二氧化硅用量对涂料附着力的影响纳米二氧化硅比表面积达( 640~ 700) m2/ g ,表面存在不饱和残键羟基, 可以和涂料中的基料形成化学键或氢键, 提高涂料的附着力、硬度等综合性能。经测试其铅笔硬度和旋转粘度均有明显提高, 且性能提高的程度与加入纳米二氧化硅的量紧密相联, 见图1。虽然加入的纳米二氧化硅使用了合适的改性剂, 但由于纳米粒子高表面性能而倾向自聚, 在涂料体系中保持纳米尺寸的分散量是有限的。由图1可以看出, 以不加纳米二氧化硅作为参考点, 添加了15%、20% 的纳米二氧化硅的苯丙外墙涂料的性能有了明显的变化。主要体现在提高附着力方面。当加入的纳米二氧化硅达到20%时其附着力达最佳数值, 而当加入的纳米二氧化硅大于27%时, 其性能指标又出现下降趋势, 尤其加入的纳米二氧化硅含量达到33% 时, 其附着力又降到最低, 此时性能最差。由此可以看出, 苯丙外墙涂料的附着力随着加入纳米二氧化硅组分的增加而升高, 当达到一个临界点时涂料的综合性能达到最高, 当进一步增加纳米二氧化硅组分的量时, 其性能又降低。实验结果可以看出, 加入2%的纳米二氧化硅使外墙涂料的附着力性能达到了最佳状态。33 纳米二氧化硅用量对涂料耐候性能的影响外墙涂料的抗粉化性是耐候性能的重要指标,涂料中加入纳米材料可以提高涂料的抗粉化性能。实验中将制得不同纳米二氧化硅含量的外墙涂料样板置于200W 紫外灯下, 不间断照射60 天后的结果见表1。由表1 可知, 加入2% 纳米二氧化硅涂料的抗粉化能力最强。在日光、紫外光的照射下, 钛白粉被还原为不稳定的三氧化二钛并放出初生态氧, 由于加入纳米组分可以增大漆膜对光的反射率, 减少或降低光化学作用的破坏力, 延长了漆膜的寿命, 增强了漆膜的耐候性。纳米二氧化硅是优良的抗老化剂, 可以明显提高涂料的耐老化性能。用分光光度计测试表明[ 2] , 纳米二氧化硅具有极强的UV 屏蔽作用,对波长( 320~ 400) nm 的紫外线屏蔽率达88%,对波长( 290~ 320) nm 的紫外线屏蔽率为85%,对波长( 200~ 290) nm 的紫外线屏蔽率仍可达70% 以上。所以在涂料中形成屏蔽作用达到抗紫外老化和热老化的目的, 大大降低了由于UV 照射而造成的色泽衰减, 从而能减少涂膜的 现象, 同时增加涂料的隔热性, 因此纳米二氧化硅是一种良好的涂料抗老化添加剂。34 纳米二氧化硅用量对涂料硬度的影响纳米二氧化硅表面存在的羟基可以和涂料基材及颜、填料间形成三维网络结构, 增强涂料的硬度和耐磨性能。纳米组分的用量对涂料硬度的影响见表2。由表2 可以看出, 以不加纳米二氧化硅组分作为参考点, 加入1% 、2%、3% 的纳米二氧化硅,苯丙乳液的硬度逐渐提高, 而加入4%、55% 、65% 纳米组分时的硬度不再升高, 这可能是二氧化硅3% 的用量已经形成了充分的网络结构。35 纳米二氧化硅用量对涂料粘度的影响纳米二氧化硅用量对涂料粘度的影响见图2。图2 表明, 涂料的旋转粘度随着纳米二氧化硅用量的增加而增大, 提高了涂料的防沉能力, 增强了涂料的稳定性。4 结语苯丙外墙涂料中加入分散剂可提高纳米二氧化硅的分散效果, 增强涂料的稳定性。在苯丙外墙涂料中加入纳米二氧化硅可明显增强涂料的硬度、附着力、耐候性能, 提高涂料的粘度和防沉能力及涂料的稳定性。