纳米二氧化硅对涂料的改性研究现状(2)

2020-02-21 13:28

纳米建筑涂料。研究结果表明,TiO2、SiO2粉体平均粒径在200nm以下,涂膜的耐人工老化性能有很大的改善,在100nm以下,涂膜耐人工老化性能较为理想,且加入纳米混合粉体涂膜的耐人工老化性能最佳;纳米粉体质量分数在2.0%-3.0%范围内,涂膜综合性能较佳,且能较好地满足外墙建筑涂料性能要求。

对于外墙涂料的机械性能及涂饰性能,王犇和张书弟等分别对这两方面做了研究。王犇[43]

等研究了纳米二氧化硅的用量对外墙涂料的附着力、耐候性、硬度及粘度的影响,结果表明通过添加微量的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,增强涂料的稳定性。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,3%时硬度最佳。张书弟[44]等在传统的建筑用外墙涂料中加入纳米 SiO2得到纳米涂料,比较了加入纳米 SiO2前、后涂料涂膜的性能。结果表明,涂料中纳米 SiO2的最佳用量为 0.3 ~ 1.0 g,在此用量内,所得纳米涂料的稳定性、流平性均有所提高;涂膜的耐洗刷性为原来的 2 倍,耐碱性从原来的 48 h 无异常增强为 7 d 无异常,耐老化时间从之前的 500 h 延长至 1 000 h。

内墙涂料以水为稀释剂,是一种施工方便、安全、耐水洗、透气性好的的涂料,它可根据不同的配色方案调配出不同的色朱竹青等[45]研究了纳米二氧化硅应用于改性聚乙烯醇内墙涂料的工艺,发现加入纳米二氧化硅能大大改善涂料的耐洗刷性能、耐老化性能以及表面光滑度。

1.9 对聚酯涂料的改性

聚酯涂料是以不饱和聚酯为主要成膜物质的一种涂料。色彩丰富,漆膜厚度达,对基材要求不高。漆膜的硬度更高,坚硬耐磨,丰富度高,耐湿热、干热、酸碱油、溶剂以及多种化学药品,绝缘性很高。清漆色浅,透明度、光泽度高,保光保色性能好,具有很好的保护性和装饰性。不饱和聚酯漆的柔韧性差,受力时容易脆裂,一旦漆膜受损不易修复。

陈云辉等[46]用硅烷偶联剂KH570分别在水和无水乙醇中对纳米二氧化硅进行表面改性,通过透射电镜、X射线、红外光谱和沉降体积等方法总结得KH570在无水乙醇中对二氧化硅改性效果较好,将改性和未改性的纳米二氧化硅加入聚酯粉末中进行对比试验,结果表明加入改性纳米SiO2的粉末涂料的耐老化性能有一定提高。

张超灿等[47]采用液相萃取法和有机醇共沸蒸馏,制备了表面酯化改性纳米二氧化硅的醇分散液。通过控制反应时间,反应温度,可以得到固含量不同的SiO2溶胶。结果表明,丁醇酯化改性纳米二氧化硅的效果略好于异丙醇,乙醇最差。少量纳米SiO2能提高涂膜的硬度、耐磨性和紫外吸收性能,不影响透明度。 1.10 对其他涂料的改性

建筑涂料一般包括用于建筑物内墙、 外墙、 顶棚、 地面和卫生间的涂料。 利用纳米微粒制备具有高耐候性、 高耐沾污性、 抗菌自洁等特殊性能的纳米复合涂料日益成为当今建筑涂料研究的热点。王亚强等[48]气相法生产粒径为5-15nm的超细二氧化硅,并以其质量的1%-2%的表面活性剂(KH-560,正丁醇,乙酸乙烯酯)改性。用已改性的二氧化硅溶胶,水,颜填料和分散剂等制得建筑涂料,以贮藏稳定性、耐候性、耐沾污性、和耐洗刷性为主要考察指标。研究结果表明KH-560对超细二氧化硅的改性效果较优。随着超细二氧化硅的加入量的增加,涂料的性能逐渐提高。当加入量达2.5%左右时,涂料性能最佳。随后,随加入量增大,涂料性能变次。对于耐擦洗性王振希等[49]研究了在苯丙白色涂料中添加纳米SiO2,对涂料耐紫外线抗老化、附着力等性能的影响.研究结果表明,在苯丙涂料中添加0.5%纳米二氧化硅能提高涂膜4倍以上的抗老化性能,提高耐擦洗次数40%以上.。

对于硬度改善的研究,张克杰等[50]采用核壳乳液聚合工艺和功能单体对乳液改性,制备了具有核/壳结构的苯丙乳液,与纳米二氧化硅符合得高性能纳米复合塑料涂料,有硬度高,耐热好,耐水性好,丰满厚度等特点。杜晶晶等[51]研究了纳米二氧化硅的加入及其用

量对激光全息涂料粘度、光泽度、耐磨性、耐水性、涂膜硬度等一系列性能的影响。结果表明一定量(1.5%)纳米SiO2的加入有助于提高涂料的触变性及其施工性能;提高涂层的硬度及耐磨、耐划伤等机械性能;增加涂料的保色和抗老化性。

国内彩色喷墨打印纸由于不透明度、 清晰度、 分辨率、 打印密度、 防水性能以及色彩还原等方面与国外几家品牌产品存在差距, 故国内打印纸市场主要被日本和美国几家品牌产品占有。 将纳米二氧化硅应用到喷墨打印纸涂料, 有效改善了彩色喷墨打印纸的性能。翟大昌等[52]以阳离子聚合物聚乙烯亚胺为改性剂对纳米二氧化硅进行表面改性处理使喷墨打印的相片具有了良好的防水性,同时加快了喷墨的干燥速度,提高了影像的光学密度。光泽的高低与纳米二氧化硅颗粒粒径与粒径分布的宽窄大体成反比。

徐飞高等[53]通过超声辅助、氨水催化,使用十六烷基三甲氧基硅烷作为正硅酸乙酯的共前躯体,在交联剂3-缩水甘油丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和无交联剂下,溶胶、凝胶过程制备了疏水纳米二氧化硅。大大提高了水的接触角,使处理过的石材涂料有好的耐酸性,防腐性。

防火涂料是用于可燃性基材表面,能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延,用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。防火涂料除了一般涂料所具有的防锈、防水、防腐、耐磨以及涂层坚韧性、着色性、粘附性、易干性和一定的光泽以外,其自身应是不燃或难燃的,不起助燃作用。咸才军等[54]将多种纳米材料应用到水性超薄膨胀型钢结构防火涂料中,研究其用量对钢结构防火涂料耐火极限的影响。结果表明:添加纳米二氧化硅和二氧化钛可以提高防火涂料膨胀后炭质层的强度,延长钢结构的耐火极限,当添加 1.5%(质量分数)的纳米二氧化硅时,可以达到 110 min 的耐火极限。 2 纳米二氧化硅在改性涂料研究中尚存在的问题

目前,国内对于纳米二氧化硅的研究还处于实验性阶段,在很多方面出现的问题还有待解决。

纳米颗粒的比表面积和表面张力都很大,容易相互吸附而发生团聚,而纳米粒子如果不能真正地以纳米态分散在涂料中,就失去了其应有的作用,所以纳米二氧化硅在涂料中的应用首先要解决的就是分散问题。寻找合适的分散剂,改性剂是以后研究主要考虑的问题。

经纳米二氧化硅改性后的涂料,在各方面的性能均有所提高,然而纳米粒子改性的涂料又与一般改性剂改性的涂料不同,需要特殊的分析手段,对改性后涂料的表征方法和技术有待提高。

前期研究结果表明,纳米材料添加到涂料中应有一定加入量,加入量不足时起不到预期的效果;加入量过多时既增加成本,涂料的质量反而下降。因此,如何寻找到一个最合适的量任然是今后研究的关键。

对改性涂料的贮存问题也是一方面,纳米材料具有与其他传统材料不同的特殊性能,传统的涂料施工贮存方法将完全不适合于纳米涂料,而且缺乏相关的标准。 3纳米二氧化硅在改性涂料领域中的应用展望

综合前人做的实验及总结,纳米二氧化硅的加入,使得原本的涂料在耐磨,耐水,耐热,抗辐射,抗老化等多种性能反面有了显著的提高,且不同组分的纳米二氧化硅有不同程度的影响。为了取得更好的改性效果,再将纳米二氧化硅与硅烷偶联剂等表面活性剂结合,进行表面包覆,改善纳米粒子与涂料的相容性。

纳米二氧化硅作为涂料的重要助剂之一,它的开发与应用为涂料的发展注人了新的活力,可利用其各种特殊效应来提高涂料的多方面性能,所配制的功能性涂料和综合性能优异的高档涂料可以满足现代工业发展的需要,这对涂料的发展起着十分重要的推进作用,尤其是纳米二氧化硅在墙体涂料、金属涂料、塑料涂料、紫外固化涂料、喷墨纸涂料、水性木器涂料等中的应用均取得了不错的效果。但是,关于纳米二氧化硅在木材及家具涂料中的应用

仍少有报道。但将纳米硅溶胶添加到水性木器涂料中已得到了一定的应用,接下来我们将对改性后的纳米二氧化硅加入到家具涂料中的性能变化进行研究,主要侧重其疏水性、耐磨性、附着力等性能的改善。

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