纳米改性水性外墙涂料的抗紫外老化性能研究

data-full-width-responsive="true"> 纳米改性水性外墙涂料的抗紫外老化性能研究杨培，张金生，李丽华，黄新玉，孙亮( 辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺113001)紫外吸收材料被广泛的应用于各个领域，其中人们熟知的就是在化妆品中的应用。紫外线中的UVA、UVB 波段的光可穿过大气层照射到地面，这就使暴露在地面上的建筑物等受到紫外线的破坏，它们需要一个保护层，可以长期有效的阻挡紫外线。目前所使用的抗紫外线涂料稳定性能较差，长期使用时，随着吸收剂分子的分解和挥发，产品抗紫外线能力下降，难以长期保持高抗光氧化性，而且会随着吸收剂的分解产生一定的毒性。因此，选用环境友好型且稳定性高的纳米紫外吸收剂是当前涂料工业的研究热点。本实验采用环保清洁的纳米ZnO-CeO2颗粒为紫外吸收剂，采用共混法，在水性外墙涂料中添加复合纳米之后，纳米粒子会屏蔽光线中的紫外线，考察其耐候性、使用寿命等性能。共混法工艺简单，技术要求低，可线下生产。1 实验部分1． 1 材料与仪器苯丙乳液、消泡剂、增稠剂均为工业品; 乙二醇、CaCO3、TiO2均为分析纯; 蒸馏水; 复合纳米ZnOCeO2颗粒，自制。D2004W 电动搅拌器; KQ3200DB 数控超声波清洗器; TU-1810PC 紫外-可见分光光度计; YD 实验冲击仪; ZN-P 紫外光耐气候试验箱; LabScan 色差仪; WGG60 光泽度仪。1． 2 实验方法1． 2． 1 水性浆料的配制采用文献中的方法，按表1 中所列的原料配比配制出水性涂料浆液。将水、分散剂、增稠剂、部分消泡剂高速分散，使分散均匀。加入填料、成膜助剂，高速分散均匀后，研磨制成白浆。低速搅拌下，将乳液缓慢加入到白浆中，搅拌均匀。再加入增稠剂、消泡剂搅拌均匀，过滤除渣，即得水性浆料。该实验均在室温下进行。1． 2． 2 复合ZnO-CeO2 纳米改性涂料的配制采用共混法，先将纳米颗粒分散在分散液中，再将其与水性浆料混合，超声20 min，以混合均匀。纳米的添加比例见表2。1． 3 改性涂料的紫外吸收性能评价方法将复合纳米改性后的涂料用线棒涂布器均匀涂于石英片上，以未添加复合纳米的涂料为参比，待其自然晾干后，测其吸光度的大小。紫外光谱测试条件: 扫描范围190 ～ 500 nm，扫描间隔1． 00 nm，光谱带宽2． 00 nm。根据筛选出的最佳配比，在此配比下将试样分为两组，第一组用涂布器涂于石英片上，待其自然晾干后，置于20 W 的紫外老化箱内48 h，测量其吸光度的变化。第二组根据GB /T 97752001《合成树脂乳液外墙涂料》标准测试其性能指标。2 结果与讨论2． 1 紫外吸收性能纳米ZnO 和纳米CeO2都有很强的紫外吸收特性，复合ZnO-CeO2纳米的紫外吸收可延伸到400 nm以后［7］。根据标准QB /T 24101998，当吸光度＞ 2． 1 时，就可以达到完全防护，故图2 中3 号和4 号符合标准，即纳米粒子的添加量为1． 5% ～2． 0%，紫外吸收性能最好。2． 2 耐紫外老化能力采用4 配比。第一组照射48 h 后测得的在不同波长下紫外吸光度与未照射的相比，基本保持不变，见表3。纳米涂料能在较长时间内保持较高的紫外吸光度，说明复合纳米ZnO-CeO2粒子紫外吸收损伤力较小，可以长时间在涂料中发挥作用。2． 3 改性涂料性能指标测试表4 为4配方的改性涂料的测试结果。由表4 可知，改性涂料的耐水性、耐碱性、耐洗刷性和耐人工气候老化性都明显高于国标中优等品的技术要求。这是因为涂膜内部普遍存在气泡、毛细孔等，添加的纳米粒子可以填充这些空隙，增加涂层的致密度，故涂层的耐水性得到改善; 并且纳米粒子具有很强的表面效应，可以与大分子聚合物相互作用，填充进其空隙内，改变了基体的应力集中现象，从而增加了涂层的强度，其耐碱性和耐洗刷性都有很大提高; 又因为复合纳米ZnO-CeO2的超强紫外吸收能力，可有效吸收光线中的紫外线，增加了涂层的防御能力，故其耐人工气候老化性有很大提高，并且无变色粉化现象。3 结论( 1) 当纳米粒子添加量为1． 5% ～ 2． 0% 时，改性涂料的紫外吸收效果最好。( 2) 在耐紫外老化能力测试中，纳米涂料能在较长的时间内保持较高的紫外吸光度，纳米ZnOCeO2粒子可以长时间在涂料中发挥作用。( 3) 改性后的涂料其耐水性、耐碱性、耐洗刷性和耐人工气候老化性都明显高于国标中优等品的技术要求。