data-full-width-responsive="true"> 水性纳米TiO2 改性氟碳外墙涂料的研究郭文录,王文明,国晓军,吕秀波 (江苏科技大学材料科学与工程学院,江苏镇江212003)0 引 言近年来,在全国各地逐渐限制在高层建筑中使用玻璃幕墙及饰面砖的情况下,外墙涂料正逐渐成为建筑装饰的主要材料[ 1 ]。其中氟碳涂料在耐候性、耐腐蚀性、耐化学药品性、耐沾污性等方面,具有其
他涂料无法比拟的综合优点[ 2 ] ,逐渐受到人们的青睐。但氟碳建筑外墙涂料在施工时还存在龟裂现象;而且随着人们生活品质的不断提高,对氟碳外墙涂料的性能也提出了更高的要求,其中耐候性是人们最为关注的问题。本文针对上述氟碳外墙涂料的缺陷,利用具有紫外线屏蔽性能的纳米TiO2粒子来提高漆膜的耐候性,同时解决了纳米TiO2的稳定分散问题,在此基础上研制出水性纳米TiO2改性氟碳涂料。实验结果表明:纳米TiO2改性后的氟碳涂料,不仅克服了龟裂现象,而且在耐候性和耐洗刷性等方面也有了明显的提高。将其与水性氟碳涂料进行常规性能对比,其中耐水性提高近4倍,耐酸性提高近3倍,耐碱性稍有提高,耐人工老化性能提高了125倍。1 实验部分1 1 试剂与仪器GHSF - 30型水性氟碳乳液、KH - 570硅烷偶联剂、PU增稠剂、DM分散剂、2流平剂、TSP - 01消泡剂、丙二醇、十二醇酯、超细滑石粉、金红石型二氧化钛、云
母粉、pH调节剂:工业级;金红石型纳米TiO2 (20～30 nm) :南京海泰纳米材料有限公司; SK - 5040分散剂:北京首创纳米科技有限公司。JSM - 6480扫描电镜:日本岛津生产; KQ - 200KDB型高功率数控超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司生产; LUV紫外加速老化试验箱、C84 - Ⅲ反射率测定仪、WGG便携式镜向光泽计、BY铅笔硬度仪、JTX - Ⅱ建筑涂料耐洗刷仪:由上海普申化工机械有限公司;涂- 4杯:天津市建筑仪器实验机公司; 7312 - Ⅰ型电动搅拌器:上海标本模型厂; FA2004N电子天平:上海精密科学仪器有限公司。112 无机纳米粒子的选择金红石型纳米TiO2是一种重要的无机功能材料,由于其粒径很小,比表面积大、界面原子所占比例大而具有优异的紫外屏蔽作用,可以改善涂料的耐老化性能,将纳米TiO2与涂料复合后,可以提高涂料的耐候性,耐人工老化等性能。此外,由于纳米粒子的粒径小,可提高涂膜的流平性,从而能够得到较薄的涂层,降低了表面张力,这样就解决了涂膜的龟裂问题。113 水性纳米TiO2改性氟碳涂料的制备将分散剂、丙二醇混合加热后溶解,加入滑石粉、二氧化钛、云母粉及适量的去离子水,混合高速搅拌40 min,再将混合搅拌好的一定配比的氟碳乳液与十二醇酯加入,混合搅拌1 h,然后按一定配比加入改性纳米TiO2浆料及各种助剂,高速搅拌,充分分散均匀后研磨、过滤,得到产品。2 结果与讨论211 水性纳米TiO2改性氟碳涂料配方的正交实验采用正交实验L16 (45 )的方法对氟碳乳液用量、金红石型二氧化钛用量、超细滑石粉用量、云母粉用量及纳米TiO2用量的配比进行优化实验,具体实验方案及实验结果见表1和表2。表1 正交试验因素水平表
表2 正交试验结果及分析
注: Rj耐人工老化性极差; Rk 耐擦洗性极差。 正交实验结果表明,以耐人工老化性为考察标准时,其优化工艺条件为A3B4 C3D2 E1 ,即氟碳乳液的用量为50% ,纳米TiO2用量为4% ,金红石型二氧化钛用量为20% ,滑石粉用量为8% ,云母粉用量为4% ,对表2进行极差分析可知,各因素的影响大小依次为A C E,即氟碳乳液金红石型二氧化钛云母粉;以耐擦洗次数为考察标准时,其优化工艺条件则为A4B2 C4D3 E4 ,即氟碳乳液的用量为60% ,纳米TiO2用量为3% ,金红石型二氧化钛用量为12% ,滑石粉用量为12% ,云母粉用量为2% ,对表2进行极差分析可知,各因素的影响大小依次为A C D,即氟碳乳液纳米TiO2 金红石型二氧化钛滑石粉。氟碳乳液用量对涂料的耐人工老化性和耐擦洗性影响最大,滑石粉和云母粉用量影响较小。这是因为增加乳液的用量会使涂层中作为连续相乳胶粒子增多,乳胶粒子进入作为分散相的颜填料之间的空隙的几率增大,粘结力增强,所以耐人工老化性和耐擦洗性增大很快。滑石粉和云母粉作为颜料由于自身密度和体积都较大,易于沉降和分层而影响涂层的性能。综合涂料性能和经济成本分析,选择组合A3B2C4D2 E4 ,即氟碳乳液的用量为50%,纳米TiO2用量为3%,金红石型二氧化钛用量为12%,滑石粉用量为8%,云母粉用量为2%。这样既满足了耐人工老化性要求,也提供了很高的耐擦洗性,同时还比较经济。
