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涂料用二氧化硅

點擊:1644 日期:2015-08-08 選擇字號:
納米二氧化硅的發展現狀及前景
具有三維網狀結構,擁有龐大的比表面積,表現出極大的活性,能在涂料干燥時形成網狀結構.同時增加了涂料的強度和光潔度,而且還提高了顏料的懸浮性,能保持涂料的顏色長期不變。在建筑內外墻涂料中,若添加納米SiO2,可明顯改善涂料的開罐效果,涂料不分層。具有觸變性、防流掛、施工性能良好,尤其是抗沾污性能大大提高,具有優良的自清潔能力和附著力。
涂料專用納米二氧化硅 
納米二氧化硅添加到涂料中可提高涂料的耐擦洗性、強度、硬度等。在涂料中添加少量晶瑞納米二氧化硅, 涂料不分層、防流掛、施工性良好 , 抗污性大大提高 , 并具有優良的自潔性和附著力。
一種二氧化硅氣凝膠涂料及其應用
二氧化硅氣凝膠涂料制備簡單,成本低廉。通過選擇適當配方使涂料與基材具有良好的鍵合,可以有效地隔熱、減少爆炸變形,具有防護功能,可以用于建筑或設備的保溫、隔熱、降噪,也可以用于車輛外表面,在突發事件中減少車輛變形、提高乘員安全。
氣相法白炭黑在涂料中的應用 
氣相法白炭黑是氯硅烷在氫氧焰中氣相水解的產物,原生的氣相法白炭黑是無定形的球形顆粒,應用于涂料行業,可起到增稠、觸變、消光等作用。
氣相白炭黑在粉末涂料中的應用
在粉末涂料中,氣相白炭黑可以改善粉末涂料的自由流動,防結塊和流化特性。
納米二氧化硅的發展現狀及前景
1前言
1.1納米二氧化硅的發展現狀及前景
納米材料是指微粒粒徑達到納米級(1~100nm)的超細材料。當粒子的粒徑為納米級時,其本身具有量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等,因而展現出許多特有的性質,應用前景廣闊。納米SiO2 是極具工業應用前景的納米材料,它的應用領域十分廣泛,幾乎涉及到所有應用SiO2 粉體的行業。我國對納米材料的研究起步比較遲,直到“八五計劃”將“納米材料”列人重大基礎項目之后,這方面的研究才迅速開展起來,并取得了令人矚目的成果。1996年底由中國科學院固體物理研究所與舟山普陀升興公司合作,成功開發出納米材料家庭的重要一員——納米SiO2[1],從而使我國成為繼美、英、日、德國之后,國際上第五個能批量生產此產品的國家。納米SiO2 的批量生產為其研究開發提供了堅實的基礎。
目前,我國的科技工作者正積極投身于這種新材料的開發與應用,上海氯堿化工與華東理工大學[2]建立了連續化的1000t/a規模中試研究裝置,開發了輔助燃燒反應器等核心設備,制備了性能優良的納米二氧化硅產品,其理化性能和在硅橡膠制品中的應用性能,已經達到和超過國外同類產品指標。專家鑒定認為,納米二氧化硅氫氧焰燃燒合成技術、燃燒反應器和絮凝器等關鍵設備及應用技術具有創新性,該成果總體上達到國際先進水平,其中在預混合輔助燃燒新型反應器和流化床脫酸兩項核心技術方面達到了國際領先水平,對于突破國際技術封鎖具有重大價值。但總地來講,我國納米SiO2的生產與應用還落后于發達國家,該領域的研究工作還有待突破。

1.2 納米二氧化硅的性質[3]~[5]
納米二氧化硅是納米材料中的重要一員,為無定型白色粉末,是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料。微結構呈絮狀和網狀的準顆粒結構,為球形。這種特殊結構使它具有獨特的性質:
納米二氧化硅對波長490 nm以內的紫外線反射率高達70%~80%,將其添加在高分子材料中,可以達到抗紫外線老化和熱老化的目的。
納米二氧化硅的小尺寸效應和宏觀量子隧道效應使其產生淤滲作用,可深入到高分子鏈的不飽和鍵附近,并和不飽和鍵的電子云發生作用,改善高分子材料的熱、光穩定性和化學穩定性,從而提高產品的抗老化性和耐化學性。
納米二氧化硅在高溫下仍具有強度、韌度和穩定性高的特點,將其分散在材料中,與高分子鏈結合形成立體網狀結構,從而提高材料的強度、彈性等基本性能。
納米二氧化硅的三維硅石結構、大比表面積、不飽和的配位數,使其對色素離子具有極強的吸附作用,可降低因紫外線照射而造成的色素衰減。

1.3 納米二氧化硅的應用[5]~[6]
1.3.1 在橡膠改性中的應用
常規的SiO2用作橡膠補強劑時,在橡膠中以二次聚集體的形態存在,因而不能充分發揮其補強橡膠的功能。如改用納米SiO2作添加劑,采用溶膠-凝膠技術,既可改善其在橡膠中的分散程度而賦予橡膠優越的力學性能,同時還可以根據需要進行控制和人工設計具有特殊性能的新型橡膠,如通過控制納米SiO2的顆粒尺寸,可以制備對不同波段光敏感性不同的橡膠,既可作為抗紫外輻射的橡膠,又可作為紅外反射橡膠或利用它的高介電性能制成絕緣性能好的橡膠。另外,還可利用納米SiO2改性輪胎側面膠,生產彩色輪胎。
1.3.2 在涂料中的應用
納米SiO2具有常規SiO2所不具有的特殊光學性能,它具有極強的紫外吸收,紅外反射特性。經分光光度儀測試表明,它對波長400mn以內的紫外光吸收率高達70%以上,對波長400nm以內的紅外光反射率也達70%以上。它添加到涂料中能對涂料形成屏蔽作用,達到抗紫外老化和熱老化的目的,同時增加了涂料的隔熱性。通過納米微粒填充法,將納米SiO2作摻雜到紫外光固化涂料中,明顯地提高了紫外光固化涂料的硬度和附著力,還減弱了紫外光固化涂料吸收UV輻射的程度.從而降低了紫外光固化涂料的固化速度。納米SiO2具有三維網狀結構,擁有龐大的比表面積,表現出極大的活性,能在涂料干燥時形成網狀結構.同時增加了涂料的強度和光潔度,而且還提高了顏料的懸浮性,能保持涂料的顏色長期不變。在建筑內外墻涂料中,若添加納米SiO2,可明顯改善涂料的開罐效果,涂料不分層.具有觸變性、防流掛、施工性能良好,尤其是抗沾污性能大大提高,具有優良的自清潔能力和附著力。
1.3.3 在紡織行業中的應用
隨著科學技術的發展和人類生活水平的提高,人們對服裝提出了舒適、新穎、保健的要求,各種功能化的紡織品應運而生。在此,納米SiO2發揮了巨大的作用。目前,人們已將其應用于防紫外、遠紅外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如,以納米SiO2和納米TiO2的適當配比而成的復合粉體是抗紫外輻射纖維的重要添加劑。又如,日本帝人公司將納米SiO2和納米ZnO混入化學纖維中,得到的化學纖維具有除臭及凈化空氣的功能。這種纖維可被用于制造長期臥床病人和醫院的消臭敷料、繃帶、睡衣等。

1.3.4 在樹脂基復合材料改性中的應用
1.3.4.1 環氧樹脂復合材料改性
環氧樹脂具有良好的機械、電氣、粘結性、化學穩定性等性能,使其在粘合劑、電氣絕緣材料和復合材料等方面有著重要的應用。但是.環氧樹脂最大的弱點是固化物的脆性大,傳統的增韌方法可使材料強度成倍提高,卻不可避免地使材料的其它性能有所下降。納米技術的興起,為這種材料的改性迎來了新的革命。劉競超等,將納米SiO2粒子添加到環氧樹脂中,實驗結果表明:適量的納米SiO2可使復合材料的沖擊強度、斷裂伸長率有較大的提高,同時改善了材料的耐熱性。
1.3.4.2 聚丙烯樹脂改性
在聚丙烯樹脂中添加2%~5%的納米SiO2制成聚丙烯產品,其強度和韌性明顯提高,具有良好的低溫沖擊性能,且尺寸穩定,加工性能改善,有較好的表面光潔度,適合于制作汽車車身防護板、保險杠和設備儀表組件等,可代替尼龍改性聚苯醚和塑料合金等高級材料,從而降低汽生產成本。
1.3.5  其它方面的應用
納米SiO2可用于木材中,所制得的復合材料,既能保持木材的原始細胞結構,外觀及可加工性,又能使木材的使用性得到改善。納米SiO2的透明度好,作為瓷土的重要原料不但可以使涂層變得更加致密,而且使表面變得更加光滑。納米SiO2可用于油墨中作為分散劑和流量控制劑;可用于封裝材料中改善封裝材料的性能;還可以作為人造莫來石的重要材料。在護膚產品、電子組裝材料、隔熱材料、傳感材料等方面都有著重要的應用。甚至能節約能源、保護環境。

2 實驗部分
2.1 實驗儀器


2.2 實驗藥品


2.3實驗原理與方法[7]~[8]
2.3.1 納米二氧化硅的制備方法
目前納米SiO2的制備方法分為物理法和化學法兩種。
2.3.1.1 物理法
物理法一般指機械粉碎法。利用超級氣流粉碎機或高能球磨機將SiO2,的聚集體粉碎可獲得粒徑1~5微米的超細產品。該法工藝簡單但易帶入雜質.粉料特性難以控制,制備效率低且粒徑分布較寬。
2.3.1.2 化學法
與物理法相比較?;瘜W法可制得純凈且粒徑分布均勻的超細SiO2顆粒?;瘜W法包括化學氣相沉積(CVD)法、液相法、離子交換法、沉淀法和溶膠凝膠(Sol-Gel)法等但主要的生產方法還是以四氯化硅為原料的氣相法.Ti酸鈉和無機酸為原料的沉淀法和以硅酸醋等為原料的溶膠凝膠法。
2.3.2 二氧化硅表面改性機理及方法[9]~[14]  
2.3.2.1 二氧化硅表面改性機理
由于在二氧化硅表面存在有羥基,相鄰羥基彼此以氫鍵結合(如圖所示),孤立羥基的氫原子正電性強,易與負電性原子吸附,與含羥基化合物發生脫水縮合反應,與亞硫酸氯或碳酞氯反應,與環氧化合物發生酯化反應。表面羥基的存在使表面具有化學吸附活性,遇水分子時形成氫鍵吸附。二氧化硅表面是親水性的,無論氣相法或沉淀法都是如此差異僅是程度不同。這導致了在與聚合物基體配合時相容性差,在配合膠料內對硫化促進劑吸附而遲延硫化。此外,二氧化硅比表面積大、粒徑小,在與聚合物配合時難混入、難分散。在空氣中易飛揚,儲存與運輸皆不便。改性的目的就是改變二氧化硅表面的物化性質,提高粒子與聚合物分子間相容性,增強填料與聚合物之間交互作用,改善加工工藝性能,提高填料的補強性能。對二氧化硅改性的原理是基于其表面羥基易與含羥基化合物反應、易吸附陰離子的特點,因此,常使用脂肪醇、月女、脂肪酸、硅氧烷等對其改性。
2.3.2.2  表面改性方法
表面改性分為熱處理和化學改性處理。
(1) 熱處理
熱處理后二氧化硅表面吸濕量低,且填充制品吸濕量也顯著下降,其原因可能是由于高溫加熱條件下原來以氫鍵締合的相鄰羥基發生脫水而形成穩定鍵合,從而導致吸水量降低,此種方法簡便經濟。
(2)化學改性處理
使用脂肪酸或聚合物改性二氧化硅表面,由于上述改性劑的改性效果不同,即使用同一種改性劑,其改性效果也可能因硫化體系不同或由于二氧化硅制備工藝不同而有差異。有機硅烷改性二氧化硅表面是一種最常用、最傳統的改性方法。硅烷偶聯劑是一種具備雙反應功能的化學物質,能使聚合物/填料的結合界面成為化學鍵結合,顯著提高了填料補強性能硅烷偶聯劑為單體硅化合物,分子式中含易水解基團(如烷氧基、過氧基)能夠與填料粒子表面的羥基鍵合。分子式中的親油基(如苯基、氯基、多硫基、硫醇基、氨基、烷基、乙烯基)能與被填充聚合物分子鏈發生反應。使用硅烷偶聯劑改性二氧化硅表面.由于不同工藝條件制備的二氧化硅表面結構特性及物化特性不同,偶聯劑的分子結構各異,膠料品種多樣,使改性二氧化硅填充膠的綜合性能改善程度不同。
但須指出,硅烷偶聯劑改性二氧化硅目前只在小部分橡膠產品中使用主要原因是成本高。

2.4  實驗步驟
2.4.1納米二氧化硅的制備
(1)稱取80g二氧化硅(天津市光復精細化工研究所提供)放入馬弗爐中,加熱到800℃焙燒3小時,冷卻后,取出研磨3小時,將其磨成細小顆粒。然后再將研磨過的二氧化硅細顆粒放入馬弗爐中,將溫度升高到800℃焙燒4小時,冷卻后,取出研磨2小時。然后再焙燒,研磨,直到將二氧化硅磨成白色的粉末為止。
(2)分別使用1000℃、1200℃的溫度重復上面的實驗。
2.4.2 化學改性
(1) 與硬脂酸反應
稱取5g納米二氧化硅粉體分散在30ml去離子水中,置于超聲波中分散45min,然后再抽濾得濾液,再次超聲波分散30min。稱取0.5g硬酯酸加入到二氧化硅溶液中,加熱到50℃,使硬酯酸溶解。高速攪拌,使硬酯酸分散成小液滴,吸附到二氧化硅表面,并與其發生化學反應,其方程式為: 

得樣品1。
(2) 與乙二胺反應
稱取5g納米二氧化硅粉體分散在30ml去離子水中,置于超聲波中分散45min,然后再抽濾得濾液,再經超聲波分散30min。量取2ml乙二胺加入到二氧化硅溶液中,加熱到75℃,攪拌,反應3h。得樣品2。
(3)與丙三醇反應
稱取5g納米二氧化硅粉體分散在30ml去離子水中,置于超聲波中分散45min,然后再抽濾得濾液,再經超聲波分散30min。量取1.5ml丙三醇加入到納米二氧化硅溶液中,加熱到45℃,攪拌,反應2 h。得樣品3。
2.4.3 接枝改性
稱取5g納米二氧化硅粉體分散在30ml去離子水中,置于超聲波中分散45min,然后再抽濾得濾液,再次超聲波分散30min。
稱取3克羧甲基纖維素溶于6mol/l的氫氧化鈉溶液中,加入10ml去離子水,以布作為濾紙將其抽濾。然后將其溶液加入到二氧化硅溶液中,加入0.05g硫酸鈰銨,加熱到75℃并保持恒定。再慢慢滴加由3ml甲基丙烯酸甲酯和2ml甲基丙烯酸甲酯組成的混合溶液,反應5小時。得到絮狀溶液,即樣品4。
2.4.4 高分子包敷改性
1) 稱取5g納米二氧化硅粉體(自制)分散在30ml去離子水中,置于超聲波中分散45min,然后再抽濾得濾液,再經超聲波分散30min。裝入到三頸瓶中,加熱到60℃,然后加入0.05g過硫酸鉀,繼續升溫到75℃并使溫度恒定。量取5ml甲基丙烯酸甲酯、5ml甲基丙烯酸丁酯混合溶液,將混合溶液倒入滴液漏斗中,在30min內將混合溶液滴加到二氧化硅溶液中,反應3小時,得到乳液產品,靜置12小時,得樣品5。
2)稱取5g納米二氧化硅粉體(四川宏杰國際貿易有限公司提供)分散在30ml去離子水中,置于超聲波中分散45min,然后再抽濾得濾液,再經超聲波分散30min。裝入到三頸瓶中,加熱到60℃,然后加入0.05g過硫酸鉀,繼續升溫到75℃并使溫度恒定。量取5ml甲基丙烯酸甲酯、5ml甲基丙烯酸丁酯混合溶液,將混合溶液倒入滴液漏斗中,在30min內將混合溶液滴加到二氧化硅溶液中,反應3小時,得到乳液產品,靜置12小時,得樣品6。
3)取30ml去離子水裝入三頸瓶中,加入0.1g司班-60作為乳化劑,再加入0.05g過硫酸鉀,攪拌10min,升溫到75℃,然后滴加由5ml甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯組成的混合液。恒溫攪拌3h,得到樣品7。

2.5 產品結構表征與性能檢測[14]~[16]
2.5.1 產品紅外光譜分析
分別取樣品1(自制納米二氧化硅)、2(四川宏杰國際貿易有限公司提供)、3(改性后的自制的納米二氧化硅)、1 g于表面皿內,放入烘箱內干燥,將固體研磨成粉末。然后再取少量粉末和溴化鉀混合均勻壓片,用傅立葉紅外光譜儀掃描。
2.5.2 紫外光光譜分析
取樣品5、6乳液10ml,倒入到250ml容量瓶中,加入240ml去離子水使乳液稀釋25倍,用可見-紫外分光光度儀測試樣品在紫外區的吸收情況。
2.5.3 紫外吸收系數的測試
剪取直徑為5厘米的圓形滌綸針織物(167dtex/48f)布樣7塊,備用。
取5、6、7號樣品液5ml于1號、2號、3號燒杯中,再加入5ml去離子水。將3塊布塊浸入到樣品液中。備用。
取5、6、7號樣品液10ml于4號、5號、6號燒杯中,將剩下的三塊布塊浸入到樣品液中,備用。
將用樣品液處理過的布樣在軋余率控制為50%的軋車上軋壓,再在150℃的烘箱內烘干,采用紫外吸收-防曬系數測試儀掃描1、2、3、4、5、6、7(未做任何處理)布樣。
2.5.4 有機溶劑沉降實驗
取6支試管,分別標上1、2、3、4、5、6,在1號試管內加入5ml樣品1乳液,2號試管中加入5ml樣品2乳液,3號試管中加入樣品3乳液,4號試管中加入5ml樣品4乳液,5號試管中加入5ml樣品5乳液,6號試管中加入5ml只經過超聲波分散45分鐘的二氧化硅溶液,然后分別往每支試管中加入10ml正丁醇,震蕩,靜置。

3  實驗結果及討論 [17]
3.1 紅外光譜分析
分別取樣品1(自制納米二氧化硅)、2(四川宏杰國際貿易有限公司提供)、3(改性后的自制的納米二氧化硅)1 g于表面皿內,放入烘箱內干燥,將固體研磨成粉末。然后再取少量粉末和溴化鉀混合均勻壓片,用傅立葉紅外光譜儀掃描。



由圖1、圖2、圖3可見:在1099cm-1處出現最大吸收峰,為Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動;在801cm-1處出現Si—O—Si鍵的對稱伸縮振動,在471cm-1 處出現Si—O—Si鍵的彎曲振動;在1634cm-1處出現的較弱吸收峰代表HOH的彎曲振動,估計是由于納米SiO2在空氣中放置后,表面吸附少量水引起的。值得注意的是,在963cm附近出現極弱的吸收峰,是Si—OH的彎曲振動吸收,由于經過高溫燒結,Si—OH脫水成Si—O—Si,因此在紅外圖譜中幾乎看不到明顯的Si—0H吸收峰。上述紅外圖譜與納米二氧化硅標準圖譜一致。
圖2是自制的納米二氧化硅的譜圖。與圖1比較,圖2的峰比較尖,面積比較小。它們的波數范圍基本一致,譜圖的吸光度(T)在4以上。說明:納米二氧化硅對紅外輻射的吸收能力比較強。因此,說明高溫焙燒法制備的納米二氧化硅的粒徑符合應用的要求,能夠用于增強的織物抗紅外線輻射和熱老化的能力。
圖2與圖3相比較,圖3的波峰數量要少。改性后的納米二氧化硅的紅外吸收能力沒有受到影響。

3.2 紫外光譜分析
由附圖一、附圖二可知:納米二氧化硅對400nm以下的紫外光有很強的吸收,特別是對200nm~250nm紫外線的吸收最強,出現很高的波峰。附圖一和附圖二的波形、波峰出現的位置都基本一致,并且對400nm以下的紫外線的吸收相當強。由此,高溫焙燒法制備的納米二氧化硅可以用于增強織物的抗紫外能力。

3.3 紫外吸收-防曬系數分析
用紫外吸收-防曬系數測試儀掃描樣品1、2、3、4、5、6、7(未做任何處理)布塊。


由表1中紫外吸收系數(UPF)的數據比較可知:經過納米二氧化硅處理過的織物的紫外吸收系數要比沒有處理過的織物的紫外吸收系數都在30左右。1、2號樣品的濃度比4、5號樣品濃度要小一半,紫外吸收系數也相應的小。說明,紫外吸收系數與織物中存留的納米二氧化硅的量有關。一般UPF值在30以上的織物就能夠用于防紫外輻射的織物。

3.4焙燒溫度對二氧化硅粒子粒徑的影響
實驗采用800℃、1000℃、1200℃的三個不同的焙燒溫度制備納米二氧化硅。實驗結果表明:在二氧化硅的熔點以下,焙燒溫度越高,二氧化硅分子之間的化學鍵越容易被破壞,二氧化硅越容易被磨細。用1200℃焙燒二氧化硅時,要比在800℃的條件下要少焙燒4小時,比在1000℃的條件下要少焙燒3小時就能達到相同的效果。

3.5研磨時間對二氧化硅粒子粒徑的影響
二氧化硅顆粒經過高溫焙燒處理后,二氧化硅分子之間的分子鍵在高溫的情況下被破壞。但是二氧化硅還需要經過研磨之后才能達到納米級的粉末。實驗表明:在實驗中研磨時間對二氧化硅粉末的粒徑有很大的影響,研磨時間越長,粉末的粒徑越小。研磨10小時后的納米二氧化硅的粒徑比只研磨8小時的明顯要細得多。

3.6  單體的量對二氧化硅粒子改性的影響
分別使用4m、6ml、8ml、10ml甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯混合單體包敷納米二氧化硅,通過檢測產物的穩定性了解包敷情況。不同的單體包敷納米二氧化硅的乳液的穩定性如表2。
表2 不同量的單體對納米二氧化硅的改性的影響


結果表明,MMA的用量對聚合體系的穩定性有較大影響。當MMA用量過大(MMA:SiO2大于4%以上)時,聚合過程中出現大量凝聚物。反應不能正常進行,得到的乳液極不穩定,放置片刻即分層,上層為乳白色液體,下層為白色粉末。當MMA:SiO2等于4%時,反應能正常進行,凝聚物顯著減少;但得到的乳液放置數小時便分層,放置穩定性差。而當MMA:SiO2小于3%時,聚合穩定性和放置穩定性均良好。產生上述現象是由于MMA過多時體系中存在太多未被吸附的MMA分子,這些游離的MMA分子在乳膠粒之間產生“橋連”作用使乳膠粒發生枯合,從而導致體系穩定性下降。

3.7 添加納米二氧化硅的涂料硬度測試
制備6種含納米改性SiO2質量分數分別為1% 、2% 、3% 、4% 、5% 、6%的丙烯酸樹脂涂料,按GB6739-86測定其硬度,結果列于表3。

表3 納米二氧化硅改性涂料的硬度測試


實驗結果表明,填充納米改性SiO2對復合材料的硬度具有明顯的增強效果,當SiO2質量分數為(4~5)%時,涂料硬度由填充前的2H提高到6H,原因是當納米粒子均勻分散在有機材料中時,與材料的比界面大,結合力強,對有機材料具有增強效應,提高了有機復合材料的硬度 。當SiO2質量分數達到6%時,硬度下降到3H,這是由于粒子間發生團聚, 樹脂結合力下降,導致硬度下降。

3.8 單體加入方式的影響
不同的加料方式在宏觀上無太大的區別,但Rois報道,單體以“饑餓”方式加入時,會形成核殼結構粒子、非“饑餓”方式加入,除了形成核殼粒子,還會有許多新的粒子產生。也就是說,為了保證無皂聚合場所在納米二氧化硅表面,必須使單體以一定速度依次滴加。

3.9 引發劑用量的影響
在單體的量和反應溫度不變的情況下,改變引發劑的加入量。隨著引發劑量的增加,體系反應時間縮短。在不同的引發劑的濃度的聚合反應速率,如表4。

表4 引發劑的量對反應速率的影響

實驗表明,引發劑量從0.55g/L增加到1.00g /L時,聚合反應速度和轉化率隨之提高。根據公式R=2fkd[Il,自由基數目隨引發劑濃度增加而增加,從而使MMA的聚合速度和轉化率隨之提高。但反應速度也不宜太快,太快容易暴聚。一般控制在0.6g/L左右。

3.10聚合反應溫度的影響
聚合溫度是聚合反應的速率的一個主要的影響因素,一般情況下,反應速率會隨著聚合溫度的升高而加快。在不同的溫度下,聚合反應速率如表5。

表5 反應溫度對反應速率的影響

當反應溫度低于70℃時,聚合速率和轉化率隨溫度升高而增大,70℃時達到最大。按阿侖尼烏斯方程(k=Aexp(-E/RT))溫度升高聚合速率常數增大;同時自由基生成速率增大,自由基和單體的擴散速率也加快,所以,聚合速率和轉化率隨溫度的升高而增大。當溫度高于70℃時,隨溫度升高,二氧化硅粒子表面的聚合物的溫度越靠近聚合物的軟化點,其粘性越大且粒子的布朗運動加劇,團聚的幾率增多甚至會破乳。另外,溫度越高自由基生成的速率越大,一旦自由基產生的速率大于鏈增長的速度.因單位體積內自由基數目增加,而使終止速率變大。綜上所述本實驗以70℃為宜。

4結論
(1)本實驗采用高溫焙燒的方法制備出納米二氧化硅,該法成本低產量大制備工藝簡單,在一些對粒徑要求不高的場合下可以使用。其缺點為能耗大,產品粒徑不夠細,易混入雜質,粒子易氧化產生變形等。
(2)本實驗采用低分子化學法、接枝聚合法、高分子包敷法改性納米二氧化硅,實驗表明:接枝聚合法改性的納米二氧化硅的穩定性最好,高分子包敷法其次,低分子試劑化學法的穩定性最差。
(3)經UV-VI58500紫外-可見分光光度計檢測發現納米二氧化硅對400nm以下的紫外光有很強的吸收,特別是對波長在200nm~250nm范圍內的紫外光的吸收,可以增強織物的抗紫外線輻射的能力。
(4)在丙烯酸酯類涂料中添加適量的納米二氧化硅可以增強涂料的硬度和柔韌性。但是,納米二氧化硅的量加得太多,由于納米二氧化硅的團聚作用,反而使涂料的硬度下降。

致謝
 本文是在導師AAA教授悉心指導下完成的,在此表示忠心的感謝!導師無論從學業、工作到生活都給予了熱情的指導和親切的關懷,他廣博的知識,敏銳求新的精神,寬以待人的態度令學生受益終身。
在此論文完成之際,特別向高分子教研室的BBB老師和CCC老師表示感謝,他們在課題的研究過程中提供了有益的指導。也向教研室其他老師為本論文的完成提供幫助表示感謝。
特別感謝湖南工程學院紡織系的DDD老師為本文的檢測提供了大量的幫助。
最后,感謝關心我的朋友,任何成就離不開他們的支持和鼓勵。
涂料專用納米二氧化硅
納米二氧化硅添加到涂料中可提高涂料的耐擦洗性、強度、硬度等。在涂料中添加少量晶瑞納米二氧化硅, 涂料的抗紫外線老化試驗性能可由原來的 250h 提高到 600h 以上, 耐擦洗性提高 10 倍以上,干燥時間大幅度降低 , 而且原料存在的懸浮穩定性差、觸變性差、光潔度不高等問題也得到很好的解決 ,。添加晶瑞納米二氧化硅的涂料的開罐效果也明顯地改善 , 涂料不分層、防流掛、施工性良好 , 抗污性大大提高 , 并具有優良的自潔性和附著力。

晶瑞納米二氧化硅在涂料中的應用特性:
耐洗刷:耐洗刷性由幾千次提高到上萬次
耐候性:耐候性可提高3倍左右,添加一定量的晶瑞納米二氧化硅可使傳統涂料產品的抗紫外老化性能由原先的250h提高到600 h以上。 
耐玷污性和自潔性:研究表明,通過如下途徑可提高涂膜的耐沾污性和自潔性,一是利用納米氧化硅的多微孔結構,通過一定的工藝手段在涂膜表面形成納米尺度范圍內幾何形狀互補的(如凸與凹相間)界面結構,使其吸附空氣而在表面形成一層穩定的氣體阻隔膜;二是對納米二氧化硅粒子進行表面處理,使其表面呈現雙親性或雙疏性,有效改善雨水對建筑涂料涂膜表面的潤濕以及粉塵的附著性,提高涂膜的耐沾污性和自潔能力。
抗菌性:在涂料中,當晶瑞納米二氧化硅的添加量超過0.5%時,涂料表現出明顯的抗菌效果。 
疏水防腐性: 晶瑞納米二氧化硅的疏水防腐蝕涂料,不僅具有良好的附著性、耐蝕性,而且具有高的致密性及抗離子的滲透性。
透明性:晶瑞納米二氧化硅可保證納米改性涂料的透明性。 利用萬景納米二氧化硅可制得高耐磨透明涂料,使其耐磨性比原來提高10倍以上。 
硬度:當晶瑞納米二氧化硅粒子在有機材料中呈均勻而單個顆粒分散時,納米粒子如同剛性鏈條一樣對有機材料起增強作用,從而提高紫外光固化涂料的涂膜硬度,最高可達2.5倍以上。 
熱穩定性:在紫外光固化涂料中,晶瑞納米二氧化硅能提高涂膜的玻璃化溫度。
增稠性: 晶瑞納米二氧化硅的加入可顯著提高涂料的粘度,增稠效果好。
添加量:
建議用量為 0.5—10% ,個別產品體系可到10%以上,需根據實際情況而定。
一種二氧化硅氣凝膠涂料及其應用
CN 103275530 A
摘要
本發明提供一種二氧化硅氣凝膠涂料,其是由以下質量份的成分組成:二氧化硅氣凝膠粉10-30份,成膜劑100-120份,固化劑1-2份,成膜助劑1-2份。本發明還提出所述的二氧化硅氣凝膠涂料在構成隔熱防爆涂層中的應用。本發明提出的二氧化硅氣凝膠涂料制備簡單,成本低廉。通過選擇適當配方使涂料與基材具有良好的鍵合,可以有效地隔熱、減少爆炸變形,具有防護功能,可以用于建筑或設備的保溫、隔熱、降噪,也可以用于車輛外表面,在突發事件中減少車輛變形、提高乘員安全。
權利要求(10)
1.一種二氧化硅氣凝膠涂料,其特征在于,是由以下質量份的成分組成: 二氧化硅氣凝膠粉10-30份,成膜劑100-120份,固化劑1-2份,成膜助劑1-2份。
2.如權利要求1所述的二氧化硅氣凝膠涂料,其特征在于,所述二氧化硅氣凝膠粉密度為 30-70kg/m3,常溫導熱系數 0.007-0.015ff/m ? K,粉體粒徑 50_5000nm。
3.如權利要求2所述的二氧化硅氣凝膠涂料,其特征在于,所述二氧化硅氣凝膠粉密度為 55-65kg/m3,常溫導熱系數 0.009-0.011ff/m ? K,粉體粒徑 500_700nm。
4.如權利要求1-3任一所述的二氧化硅氣凝膠涂料,其特征在于,所述成膜劑為硅酸鈉、硅酸鉀、苯丙乳液、硅酸鋰、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一種或多種的混合物。
5.如權利要求1-3任一所述的二氧化硅氣凝膠涂料,其特征在于,所述固化劑為氧化鎂、三氧化二鋁、氟硅酸鈉中的一種;所述成膜助劑為苯甲醇、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚、醇酯-12中的一種或幾種。
6.如權利要求1-3任一所述的二氧化硅氣凝膠涂料,其特征在于,所述二氧化硅氣凝膠涂料通過以下方法制備: 按比例混合二氧化娃氣凝膠粉、成膜劑、固化劑、成膜助劑,攪拌均勻,研磨20-60min即可。
7.權利要求1-6任一所述的二氧化硅氣凝膠涂料在構成隔熱防爆涂層中的應用。
8.如權利要求7所述的應用,其特征在于,所述應用是將二氧化硅氣凝膠涂料涂覆于材料表面,涂覆的厚度為2-4mm,分2_4次涂覆,每一次涂覆后固化。
9.如權利要求8所 述的應用,其特征在于,每一次涂覆后固化7-12小時。
10.如權利要求8或9所述的應用,其特征在于,所述材料為金屬材料或建筑材料。
說明
一種二氧化硅氣凝膠涂料及其應用
技術領域
[0001] 本發明屬于薄層材料領域,具體涉及一種含有二氧化硅粉末的薄層材料。
背景技術
[0002] 氣凝膠是通過干燥方法將濕凝膠中的液體被氣體所取代,同時凝膠的網絡結構基本保留不變所得的材料。氣凝膠的結構特征是擁有高通透性的圓筒形多分枝納米多孔三維網絡結構,擁有極高孔洞率、極低的密度、高比表面積、超高孔體積率,其體密度在0.003-0.500g/cm3范圍內可調。二氧化硅氣凝膠的制備技術日趨成熟,而且二氧化硅氣凝膠的運用一直是從事氣凝膠研究的工作者的重點研究方向,例如專利CN10137650.1A公開了氣凝膠減反射涂層。專利CN103011619A提出其作為固相微萃取涂層的應用。但是作為出現不到百年的這一新型材料,氣凝膠實際還有更多應用有待研究者開發。
[0003] 涂料發展到今天已經要求將涂料功能化專一化了。隔熱涂料是近期才被人們關注的產物,因為具有保溫隔熱的功能,讓人們可以節能降耗,適合現代生活要求,所以隔熱涂料是發展較快的一類功能涂料?,F在在軍工等領域又提出涂料的防護功能,需要涂料不僅要求保溫隔熱、降噪,還要求防爆?,F在越來越多的需求比如車輛,在考慮車輛的舒適性的同時更多的是在考慮其安全性能,對車輛本身行駛過程中的碰撞,故障等安全性能目前通過加裝安全氣囊,安全帶等措施等,但是車輛本身的防彈防爆性能沒有得到加強,特別是在戰亂國家,恐怖襲擊時有發生,乘員對車輛的防炸防護的安全性能要求越來越高。氣凝膠涂料作為可以方便地涂敷在材料的表面,不受材料的形狀和結構的限制,涂料里的氣凝膠又具有很好的保溫隔熱防爆的功能,作為汽車艙室的防護和汽車底甲的爆炸沖擊波的防護具有一定的輔助作用。
發明內容
[0004] 本發明針對現有裝甲車的爆炸試驗現象,專門有針對性的研制出了氣凝膠涂料用于車輛、建筑、設備等保溫·隔熱,以及用于涉及到爆炸沖擊波的場合、部件的沖擊波防護涂料。
[0005] 針對現有技術的不足之處,本發明的目的是提出一種二氧化硅氣凝膠涂料。
[0006] 本發明的另一目的是提出所述涂料的應用。
[0007] 實現本發明上述目的的具體技術方案為:
[0008] 一種二氧化硅氣凝膠涂料,其是由以下質量份的成分組成:
[0009] 二氧化硅氣凝膠粉10-30份,成膜劑100-120份,固化劑1_2份,成膜助劑1_2份。
[0010] 其中,所述二氧化硅氣凝膠粉密度為30-70kg/m3,常溫導熱系數0.007-0.015W/m ? K,粉體粒徑 50-5000nm。
[0011] 優選地,所述二氧化硅氣凝膠粉密度為55-65kg/m3,常溫導熱系數0.009-0.0llff/m ? K,粉體粒徑 500-700nm。
[0012] 其中,所述成膜劑為硅酸鈉、硅酸鉀、苯丙乳液、硅酸鋰、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一種或幾種。通常是以硅酸鈉、苯丙乳液、硅酸鋰、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一種按質量比例1:1-2與硅酸鉀混合。硅酸鈉的模數為2.0-3.5范圍內;硅酸鉀模數為2.0-3.0范圍內。
[0013] 其中,所述固化助劑為氧化鎂、三氧化二鋁、氟硅酸鈉中的一種;所述成膜助劑為苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)醇酯-12中的一種或幾種。
[0014] 本發明所述二氧化硅氣凝膠涂料通過以下方法制備:
[0015] 按比例混合二氧化硅氣凝膠粉、膠粘劑、固化劑、成膜助劑,攪拌均勻,研磨20-60min即可。灌裝待用。
[0016] 本發明提出的二氧化硅氣凝膠涂料在構成隔熱防爆涂層中的應用。
[0017] 其中,所述應用是將二氧化硅氣凝膠涂料涂覆于材料表面,涂覆的厚度為2_4mm,分2-4次涂覆,每一次涂覆后固化。每一次涂覆后固化7-12小時。
[0018] 其中,所述材料為金屬材料或建筑材料。所述涂料可以直接涂敷在鋼材、水泥、玻璃、木材、石材等材質表面。
[0019] 本發明的有益效果在于:
[0020] 本發明提出的二氧化硅氣凝膠涂料制備簡單,成本低廉。通過選擇適當配方使涂料與基材良好的鍵合,可以有效地隔熱、減少爆炸變形,具有防護功能,可以用于建筑或設備的保溫、隔熱、降噪,也可以用于車輛外表面,在突發事件中減少車輛變形、提高乘員安全。
具體實施方式
[0021] 現以以下最佳實施例來說明本發明,但不用來限制本發明的范圍。實施例中,如無特殊說明,所使用的設備和方法均為所屬領域常規的設備和方法。
[0022] 實施例1
[0023] 取二氧化娃氣凝膠粉10質量份(密度60kg/m3,導熱系數0.01w/m *k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),硅酸鈉(3.0模數):硅酸鉀(2.8模數)的質量比為1:1的溶液100份,氟硅酸鈉I份,醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三輥球磨機中研磨30分鐘,灌裝得產品。
[0024] 取上述涂料,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為1mm,每次涂完固化8小時,分三次涂刷,每次1mm,固化8小時后再涂下一層。完全固化。
[0025] 經車輛廠現場測試,各項指標均滿足隔熱和爆炸防護輔助功能:涂膜燒蝕余量99%,涂膜耐120次水洗,涂膜密度240g/m2,涂膜的導熱系數0.034w/m -k,對涂覆后的鋼板做SkgTNT,50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了 10%,鋼板表面瞬間溫度降低了 200°C。
[0026] 實施例2
[0027] 取二氧化娃氣凝膠粉10份(密度60kg/m3,導熱系數0.01w/m ? k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),I:2硅酸鈉(3.0模數):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,氧化鎂I份,醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三棍球磨機中研磨30分鐘,灌裝得產品。
[0028] 取上述涂料,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小時后再涂下一層。待完全固化后測其相關性能:涂膜燒蝕余量99%,涂膜耐80次水洗,涂膜密度230g/m2,涂膜的導熱系數0.036w/m* k,對涂覆鋼板做8kg TNT50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了 15%,鋼板表面瞬間溫度降低了 180°C。
[0029] 實施例3
[0030] 取二氧化娃氣凝膠粉20份(密度60kg/m3,導熱系數0.01w/m ? k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),I:1硅酸鈉(3.0模數):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,氟硅酸鈉I份,丙二醇苯醚I份,混合攪拌均勻,然后在三棍球磨機中研磨30分鐘,
灌裝得產品。
[0031] 取上述涂料適量,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小時后再涂下一層。待完全固化后測其相關性能:涂膜燒蝕余量99%,涂膜耐80次水洗,涂膜密度230g/m2,涂膜導熱系數0.030w/m ? k,對涂覆鋼板做8kg TNT50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了 20%,鋼板表面瞬間溫度降低了 230°C。
[0032] 實施例4
[0033] 取二氧化 娃氣凝膠粉20份(密度60kg/m3,導熱系數0.0lw/m ? k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),I:2硅酸鈉(3.0模數):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,氟硅酸鈉I份,醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三輥球磨機中研磨30分鐘,灌裝
得產品。
[0034] 取上述涂料,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小時后再涂下一層。待完全固化后測其相關性能:涂膜燒蝕余量99%,涂膜耐80次水洗,涂膜密度230g/m2,涂膜導熱系數0.032w/m ? k,對涂覆鋼板做8kg TNT50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了 20%,鋼板表面瞬間溫度降低了 240°C。
[0035] 實施例5
[0036] 取二氧化娃氣凝膠粉10份(密度60kg/m3,導熱系數0.0lw/m ? k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),I:2苯丙乳液(固含量40%):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,氟硅酸鈉I份,醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三輥球磨機中研磨30分鐘,
灌裝得產品。
[0037] 取上述涂料適量,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小時后再涂下一層。待完全固化后測其相關性能:涂膜燒蝕余量80%,涂膜耐200次水洗,涂膜密度210g/m2,涂膜的導熱系數0.034w/m ? k,對涂覆鋼板做8kgTNT50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了 17%,鋼板表面瞬間溫度降低了 180攝氏度,涂層變黑。
[0038] 實施例6
[0039] 取二氧化娃氣凝膠粉20份(密度60kg/m3,導熱系數0.0lw/m ? k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),I:2苯丙乳液(固含量40%):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,氟硅酸鈉劑I份,成醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三棍球磨機中研磨30分
鐘,灌裝得產品。
[0040] 取上述涂料,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,每次Imm厚,待完全固化后測其相關性能:涂膜燒蝕余量86%,涂膜耐180次水洗,涂膜密度170g/m2,導熱系數0.028w/m ? k,對涂覆鋼板做8kg TNT50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了25%,鋼板表面瞬間溫度降低了 270攝氏度,涂層變黑。
[0041] 實施例7[0042] 取二氧化娃氣凝膠粉10質量份(密度60kg/m3,導熱系數0.0lw/m *k,粒度500nm,陜西盟創納米新型材料股份有限公司所產),質量比例1:1硅酸鈉(3.0模數):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,氟硅酸鈉I份,醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三輥球磨機中研磨30分鐘,灌裝得產品。
[0043] 取上述涂料,涂于300 X 300的Icm水泥板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,待完全固化。
[0044] 涂膜的導熱系數0.034w/m ? k,比表面積800m2/g,孔隙率98%,孔徑20_50nm。說明該涂膜仍具有氣凝膠粉的多孔性能,因而具有隔熱、隔音功能。
[0045] 實施例8
[0046] 取二氧化硅氣凝膠粉20份(密度80kg/m3,導熱系數0.015w/m ? k,粒度5-10 U m,美國cabot公司NanogeP ),,1:2苯丙乳液(固含量40%):硅酸鉀(2.8模數)溶液100份,
氟硅酸鈉I份,醇酯-121份,混合攪拌均勻,然后在三棍球磨機中研磨30分鐘,灌裝得產品。
[0047] 取上述涂料,涂于300X300的5mm鋼板上,涂敷厚度為3mm,分三次涂刷,待完全固化后測其相關性能:涂膜燒蝕余量86%,涂膜耐150次水洗,涂膜密度150g/m2,導熱系數0.031w/m ? k,對涂覆鋼板做8kgTNT50公分距離爆炸分析,鋼板變形量減小了 18%,鋼板表面瞬間溫度降低了 170攝氏度,涂層變黑。
[0048] 以上的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述,并非對本發明的范圍進行限定,在不脫離本發明設計精神的前提下,本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變型和改進,均應落入本發明`的權利要求書確定的保護范圍內。
氣相法白炭黑在涂料中的應用
劉莉
(廣州吉必時科技實業有限公司)
1、前言
氣相法白炭黑是氯硅烷在氫氧焰中氣相水解的產物,原生的氣相法白炭黑是無定形的球形顆粒,平均原生粒徑約為7—4O納米,比表面積100—400m/g,是一種多功能的添加劑,應用于涂料行業,可起到增稠、觸變、消光等作用。
2、氣相法白炭黑在涂料中的應用
2.1流變助劑
流變性是涂料的重要性能,它直接影響到涂料的外觀、施工性能及貯存穩定性等方面,而不同涂料體系對流變助劑的要求也有差異。對于油性體系而言,大部分流變助劑都是形成氫鍵而起作用。未處理的氣相法白炭黑表面含有大量羥基,它們在油性體系中極易通過相互間的氫鍵締合形成均勻的三維網狀結構。這種三維網狀結構受機械剪切力作用時會破壞,使涂料粘度下降,恢復良好的流動性;當剪切力消除后,三維結構(氫鍵)會自行恢復,粘度上升。在完全非極性液體中,粘度回復時間只需幾分之一秒,在極性液體中,回復時間較長,取決于氣相法白炭黑的濃度和其分散程度。氣相法白炭黑的這一特性賦予油性涂料非常好的貯存性能和施工性能,特別是厚漿型涂料(如船舶漆),既能保證涂料在一定的施工剪切力下有良好的流動性,又能保證涂膜的一次施工厚度。在施工過程中,由于涂層邊緣的溶劑揮發較快,導致表面張力不均勻,容易使涂料向邊緣移動,白炭黑網絡能夠有效地阻止涂料的移動而形成厚邊,同時還可防止涂料在固化過程中的流掛現象,使涂層均勻。與此同時,氣相法白炭黑由于能形成氫鍵而提高體系的中低剪切粘度,從而起到增稠作用。因此,氣相法白炭黑在油性體系當中的應用非常廣泛。不過在水性體系中,由于水分子也會與氣相法白炭黑形成氫鍵,大大消弱了顆粒間的相互作用,所以通常會對其表面進行封端處理,并引入氧化鋁等改性,利用配位效應而起流變作用,以避開水的影響。但從目前應用的情況來看,都不是很理想,需要反復搭配實驗,而且使用不當時還會導致體系有肝化的趨勢。
2.2防沉劑
氣相法白炭黑是一種理想的防沉劑,它形成的氫鍵結構非常均勻穩定,而且是三維網狀結構。因此,對于防止涂料體系中顏料的沉淀非常有效。特別是對于色漿體系,適當的添加量將大大提高色漿的穩定性,而且能夠減少潤濕分散劑的量,以提高色漿的適用性并減少色漿對涂料體系的影響。氣相法白炭黑的防沉作用對涂料存放非常有利,特別是某些顏料如金屬粉和薄片,都極易沉淀及不能完全懸浮,使用氣相法白炭黑可保證其分散不沉淀。以配方總量計,白炭黑用量在0.4%~0.8%的范圍內,但特殊情況下,比如富鋅漆,需增加到2%。
2.3助分散劑
在粉末體系中,由于氣相法白炭黑的小粒徑和高表面能,它們可以吸附在涂料粉體的表面,并在粉體表面形成一個表層,提高粉料的分散性。在同一涂料系統中,加入氣相法白炭黑可以明顯縮短分散時間,提高生產效率。作為助分散劑的白炭黑添加量不宜太多,一般不超過1%,因為添加量過多會造成體系觸變性能太強,導致分散時邊緣剪切力不夠而呈凍狀,影響分散效率。特殊情況如富鋅漆需要添加2%時,可以同時配搭其它流變助劑一起使用,并利用醇類溶劑調整氣相法白炭黑的流變性能。
2.4其它作用
氣相法白炭黑還可以改善提高涂料的流動性,提高涂料的耐候性、抗劃傷性,提高涂層與基材之間的結合強度以及涂層的硬度。
3氣相法白炭黑在涂料中應用的主要技術關鍵
3.1分散
氣相法白炭黑比表面積大,表面能高,非常容易團聚,在應用過程中必須適當分散,才能取得最有效的作用。假若分散不足,三維網狀結構便不能充分形成;分散過度又只能形成小部分網絡,甚至完全喪失網絡結構。在涂料生產過程中,氣相法白炭黑的表面處理、添加方式、分散設備的選擇等,都直接影響到氣相法白炭黑在涂料中的分散狀態。
3.2穩定
氣相法白炭黑添加到基料中配制成涂料后,氣相法白炭黑分散狀態的穩定,對涂料性能有很大的影響,一方面要防止氣相法白炭黑進一步團聚、絮凝,另一方面有要保持氣相法白炭黑在涂料中的特殊功能。這也是業內人士正在研究的課題之一。
3.3配比
氣相法白炭黑作為助劑添加到涂料中,有最佳的添加量,如添加量不足,起不到預勰的效應。但添加量過多,不但浪費,而且還可能起副作用,使涂料產品質量下降。要充分發揮氣相法白炭黑的功能,必須對涂料配方充分了解,分析那些原料會妨礙或促進氣相法白炭黑的功能,選擇最佳的添加量。通常具有多重氫鍵的原料都可提高其效率。另外,水性體系的pH值對氣相法白炭黑的功能有很大影響,pH在7.5至8.5之間時,除非加入添加劑,否則氣相法白炭黑將不能有效發揮其作用,pH大于10.8時,氣相法白炭黑便會溶于水中。
4我國涂料工業應用氣相法白炭黑的現狀及發展建議
目前,國內涂料工業化生產中使用氣相法白炭黑的逐漸增多,如廣州佐敦的船舶涂料、順德華潤的木器和外墻涂料、中山大橋的汽車涂料等。但就氣相法白炭黑在涂料中的應用而言,我國目前仍處于起步階段。氣相法白炭黑是高科技產品,在涂料中的應用也不同于一般材料在涂料應用的情況,應該來說,它也是一項高新技術,從研磨分散到施工應用都不同于傳統的涂料產品。氣相法白炭黑要在涂料中很好地應用,發揮其特殊功能,需要研發納米材料的單位、涂料的應用研究及生產單位、使用高性能涂料的單位通力合作。
氣相白炭黑在粉末涂料中的應用
柯加良
(廣州吉必時科技實業有限公司,廣州510510)
一、我國粉末涂料行業現狀
粉末涂料因具有“省資源、省能源、低污染、高效能”的特點,自20世紀40年代問世以來,受到世界各國的廣泛重視,發展異常迅猛。粉末涂料是一種以樹脂為基料,配以固化劑、顏料、填料和其他原材料而得到的配方材料,通過靜電噴涂或其他方式涂覆于底材表面,賦予被涂金屬底材良好的外觀和耐久性,因此粉末涂料與涂裝技術所涉及的領域非常寬。粉末涂料的基料主要為熱固性樹脂(如環氧樹脂和聚酯樹脂)和熱塑性樹脂(如PVC和尼龍11)。熱固性粉末涂料主要為環氧一聚酯混合型、純聚酯型、純環氧型。我國粉末涂料以熱固性為主,熱塑性粉末涂料的產量很少,以PVC粉末為主,2003年涂料涂裝專業委員會的行業數據統計中,熱塑性粉末涂料產量僅有9000噸。因此,以熱固性樹脂為主、以環氧樹脂為主要基料,是我國粉末涂料行業的重要特點。
我國粉末涂料行業是改革開放以來隨著國內家電行業的興起而發展起來的,經過20多年的發展,從無到有,從小到大,取得了長足的進步。近年來粉末涂料行業的發展速度加快,遠遠超過全國涂料行業的平均發展速度。2003年我國涂料產量首次突破200萬噸,增長11%;2003年我國熱固性粉末涂料產量達到34萬噸,增長25%,是全國涂料產量增長率的2倍多。2004年熱固性粉末涂料產量達到41萬噸,年增長率為20%;2005年產量達到50萬噸,年增長率為22%,遠高于世界粉末涂料行業7%~8%的平均增長速度。經過幾十年的發展,我國粉末涂料產量已躍居世界首位,成為世界粉末涂料的龍頭國家。2003~2005年國內粉末涂料生產狀況比較見表1。
年份產量(萬噸,年)年增長率
我國已成為引領世界粉末涂料發展的主力軍,目前仍保持著高增長率,國際巨頭阿克蘇、杜邦、PPG、宣威、羅門哈斯等大型涂料企業,均看好中國粉末涂料市場,紛紛在中國拓展粉末涂料市場的廣度和深度。杜邦、阿克蘇.諾貝爾、PPG等國外著名粉末涂料制造商都在我國建立了生產基地,其中阿克蘇.諾貝爾公司在中國已經建立10家粉末涂料生產廠,是中國最大的粉末涂料制造商,占中國粉末涂料市場份額的15。美國宣威公司、羅門哈斯公司等也開始在中國開展粉末涂料業務或設廠。此外國內企業也紛紛上馬粉末涂料設備,形成“群雄逐鹿”的局面。目前我國粉末涂料生產企業已近2000家,但是技術水平和質量管理水平差異較大,產品質量也良莠不齊。目前,從地域分布來看,我國粉末涂料業主要分布在珠江三角洲和長江三角洲,這2個地區的粉末涂料產量占全國的80%左右;其次是京津地區,約占10%左右;全國其他地區僅占10%左右。這種分布與我國環氧樹脂企業的分布基本一
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