納米粒子的改性及其在涂料中的應(yīng)用研究.pdf

1、納米粒子應(yīng)用于傳統(tǒng)涂料中形成新型功能復(fù)合涂料,己成為涂料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)涂料相比,納米涂料具有明顯的優(yōu)異性,如更好的耐腐蝕性,抗紫外線老化性,耐擦洗性,較高的附著力,開(kāi)罐性能等優(yōu)良的綜合性能。由于納米粒子表面極強(qiáng)的活性,使它們很容易團(tuán)聚在一起形成帶有若干弱連接界面的尺寸較大的團(tuán)聚體,這大大降低甚至消除了納米粒子的實(shí)際應(yīng)用效果,同時(shí)由于納米粒子表面親水疏油,在有機(jī)高分子樹(shù)脂中難于均勻分散,界面上會(huì)出現(xiàn)空隙,當(dāng)空氣中的水分進(jìn)入空隙中就

2、會(huì)觸發(fā)界面處高分子的降解、脆化,導(dǎo)致涂層失效。所以,對(duì)納米粒子進(jìn)行表面改性,削弱或者消除團(tuán)聚現(xiàn)象,提高納米粒子在有機(jī)高分子中的分散性,是其在涂料中應(yīng)用的前提。本文首先探討了納米TiO2粒子改性的方法,采用了油酸、月桂酸鈉、辛基三乙氧基硅烷(A-137)、γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)來(lái)對(duì)納米粒子進(jìn)行表面改性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)油酸,月桂酸鈉改性效果不理想,改性產(chǎn)物不穩(wěn)定;硅烷偶聯(lián)劑可以很好的改善納米粒子的表面性質(zhì),使納米粒

3、子均勻的分散到有機(jī)溶劑中,但γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的改性效果略優(yōu)于辛基三乙氧基硅烷,故本文采用γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷對(duì)納米粒子進(jìn)行表面改性。通過(guò)對(duì)改性后粒子的性能進(jìn)行測(cè)試獲得最佳改性工藝為:將溶劑異丙醇與水按一定比例均勻混合,加入硅烷偶聯(lián)劑KH-570,機(jī)械攪拌1h,加入待改性納米粒子,在80℃下烘干12h,之后在120℃烘2h至完全烘干。對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行沉降實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑KH-570改性后的納米TiO2粒子可以在

4、油性溶液中穩(wěn)定懸浮7d以上;透射電鏡(TEM)觀測(cè)到改性后的納米TiO2粒子在油性溶劑中呈納米級(jí)分散狀態(tài),團(tuán)聚體的粒徑基本控制在100nm以內(nèi);通過(guò)潤(rùn)濕性測(cè)試及紅外分析觀察到顆粒表面由親水性變?yōu)槭杷?使納米粒子與有機(jī)溶劑料具有較好的親和相容性。將改性后的納米粒子添加到氟碳涂料中,通過(guò)對(duì)涂膜的附著力,耐沾污性,耐人工老化性能,硬度,耐酸性,耐堿性進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)添加納米粒子的涂料附著力,耐沾污性,硬度,耐酸耐堿性均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),完全符

5、合金屬表面外用漆的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。耐人工氣候老化性能測(cè)試為加速老化試驗(yàn),光照強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通自然光,時(shí)間為360h,在此期間涂膜均未出現(xiàn)失光,變色或粉化。此外,通過(guò)接觸角測(cè)試發(fā)現(xiàn)加入納米粒子后,氟碳涂料的表面疏水效果增強(qiáng),接觸角增大到90°,達(dá)到了表面自清潔的功效。將改性好的納米粒子添加到滲透型有機(jī)硅防水防護(hù)劑中,通過(guò)對(duì)涂層的吸水率,滲透深度,水珠效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)涂層的吸水率大大下降,與基準(zhǔn)比吸水率下降率可以達(dá)到85％。同時(shí)涂層的滲透深度和