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涂料用二氧化硅

点击:1080 日期:2015-08-08 选择字号:
纳米二氧化硅的发展现状及前景
具有三维网状结构,拥有庞大的比表面积,表现出极大的活性,能在涂料干燥时形成网状结构.同时增加了涂料的强度和光洁度,而且还提高了颜料的悬浮性,能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中,若添加纳米SiO2,可明显改善涂料的开罐效果,涂料不分层。具有触变性、防流挂、施工性能良好,尤其是抗沾污性能大大提高,具有优良的自清洁能力和附着力。
涂料专用纳米二氧化硅 
纳米二氧化硅添加到涂料中可提高涂料的耐擦洗性、强度、硬度等。在涂料中添加少量晶瑞纳米二氧化硅, 涂料不分层、防流挂、施工性良好 , 抗污性大大提高 , 并具有优良的自洁性和附着力。
一种二氧化硅气凝胶涂料及其应用
二氧化硅气凝胶涂料制备简单,成本低廉。通过选择适当配方使涂料与基材具有良好的键合,可以有效地隔热、减少爆炸变形,具有防护功能,可以用于建筑或设备的保温、隔热、降噪,也可以用于车辆外表面,在突发事件中减少车辆变形、提高乘员安全。
气相法白炭黑在涂料中的应用 
气相法白炭黑是氯硅烷在氢氧焰中气相水解的产物,原生的气相法白炭黑是无定形的球形颗粒,应用于涂料行业,可起到增稠、触变、消光等作用。
气相白炭黑在粉末涂料中的应用
在粉末涂料中,气相白炭黑可以改善粉末涂料的自由流动,防结块和流化特性。
纳米二氧化硅的发展现状及前景
1前言
1.1纳米二氧化硅的发展现状及前景
纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1~100nm)的超细材料。当粒子的粒径为纳米级时,其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,因而展现出许多特有的性质,应用前景广阔。纳米SiO2 是极具工业应用前景的纳米材料,它的应用领域十分广泛,几乎涉及到所有应用SiO2 粉体的行业。我国对纳米材料的研究起步比较迟,直到“八五计划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后,这方面的研究才迅速开展起来,并取得了令人瞩目的成果。1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作,成功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO2[1],从而使我国成为继美、英、日、德国之后,国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO2 的批量生产为其研究开发提供了坚实的基础。
目前,我国的科技工作者正积极投身于这种新材料的开发与应用,上海氯碱化工与华东理工大学[2]建立了连续化的1000t/a规模中试研究装置,开发了辅助燃烧反应器等核心设备,制备了性能优良的纳米二氧化硅产品,其理化性能和在硅橡胶制品中的应用性能,已经达到和超过国外同类产品指标。专家鉴定认为,纳米二氧化硅氢氧焰燃烧合成技术、燃烧反应器和絮凝器等关键设备及应用技术具有创新性,该成果总体上达到国际先进水平,其中在预混合辅助燃烧新型反应器和流化床脱酸两项核心技术方面达到了国际领先水平,对于突破国际技术封锁具有重大价值。但总地来讲,我国纳米SiO2的生产与应用还落后于发达国家,该领域的研究工作还有待突破。

1.2 纳米二氧化硅的性质[3]~[5]
纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员,为无定型白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构呈絮状和网状的准颗粒结构,为球形。这种特殊结构使它具有独特的性质:
纳米二氧化硅对波长490 nm以内的紫外线反射率高达70%~80%,将其添加在高分子材料中,可以达到抗紫外线老化和热老化的目的。
纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用,可深入到高分子链的不饱和键附近,并和不饱和键的电子云发生作用,改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性,从而提高产品的抗老化性和耐化学性。
纳米二氧化硅在高温下仍具有强度、韧度和稳定性高的特点,将其分散在材料中,与高分子链结合形成立体网状结构,从而提高材料的强度、弹性等基本性能。
纳米二氧化硅的三维硅石结构、大比表面积、不饱和的配位数,使其对色素离子具有极强的吸附作用,可降低因紫外线照射而造成的色素衰减。

1.3 纳米二氧化硅的应用[5]~[6]
1.3.1 在橡胶改性中的应用
常规的SiO2用作橡胶补强剂时,在橡胶中以二次聚集体的形态存在,因而不能充分发挥其补强橡胶的功能。如改用纳米SiO2作添加剂,采用溶胶-凝胶技术,既可改善其在橡胶中的分散程度而赋予橡胶优越的力学性能,同时还可以根据需要进行控制和人工设计具有特殊性能的新型橡胶,如通过控制纳米SiO2的颗粒尺寸,可以制备对不同波段光敏感性不同的橡胶,既可作为抗紫外辐射的橡胶,又可作为红外反射橡胶或利用它的高介电性能制成绝缘性能好的橡胶。另外,还可利用纳米SiO2改性轮胎侧面胶,生产彩色轮胎。
1.3.2 在涂料中的应用
纳米SiO2具有常规SiO2所不具有的特殊光学性能,它具有极强的紫外吸收,红外反射特性。经分光光度仪测试表明,它对波长400mn以内的紫外光吸收率高达70%以上,对波长400nm以内的红外光反射率也达70%以上。它添加到涂料中能对涂料形成屏蔽作用,达到抗紫外老化和热老化的目的,同时增加了涂料的隔热性。通过纳米微粒填充法,将纳米SiO2作掺杂到紫外光固化涂料中,明显地提高了紫外光固化涂料的硬度和附着力,还减弱了紫外光固化涂料吸收UV辐射的程度.从而降低了紫外光固化涂料的固化速度。纳米SiO2具有三维网状结构,拥有庞大的比表面积,表现出极大的活性,能在涂料干燥时形成网状结构.同时增加了涂料的强度和光洁度,而且还提高了颜料的悬浮性,能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中,若添加纳米SiO2,可明显改善涂料的开罐效果,涂料不分层.具有触变性、防流挂、施工性能良好,尤其是抗沾污性能大大提高,具有优良的自清洁能力和附着力。
1.3.3 在纺织行业中的应用
随着科学技术的发展和人类生活水平的提高,人们对服装提出了舒适、新颖、保健的要求,各种功能化的纺织品应运而生。在此,纳米SiO2发挥了巨大的作用。目前,人们已将其应用于防紫外、远红外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如,以纳米SiO2和纳米TiO2的适当配比而成的复合粉体是抗紫外辐射纤维的重要添加剂。又如,日本帝人公司将纳米SiO2和纳米ZnO混入化学纤维中,得到的化学纤维具有除臭及净化空气的功能。这种纤维可被用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等。

1.3.4 在树脂基复合材料改性中的应用
1.3.4.1 环氧树脂复合材料改性
环氧树脂具有良好的机械、电气、粘结性、化学稳定性等性能,使其在粘合剂、电气绝缘材料和复合材料等方面有着重要的应用。但是.环氧树脂最大的弱点是固化物的脆性大,传统的增韧方法可使材料强度成倍提高,却不可避免地使材料的其它性能有所下降。纳米技术的兴起,为这种材料的改性迎来了新的革命。刘竞超等,将纳米SiO2粒子添加到环氧树脂中,实验结果表明:适量的纳米SiO2可使复合材料的冲击强度、断裂伸长率有较大的提高,同时改善了材料的耐热性。
1.3.4.2 聚丙烯树脂改性
在聚丙烯树脂中添加2%~5%的纳米SiO2制成聚丙烯产品,其强度和韧性明显提高,具有良好的低温冲击性能,且尺寸稳定,加工性能改善,有较好的表面光洁度,适合于制作汽车车身防护板、保险杠和设备仪表组件等,可代替尼龙改性聚苯醚和塑料合金等高级材料,从而降低汽生产成本。
1.3.5  其它方面的应用
纳米SiO2可用于木材中,所制得的复合材料,既能保持木材的原始细胞结构,外观及可加工性,又能使木材的使用性得到改善。纳米SiO2的透明度好,作为瓷土的重要原料不但可以使涂层变得更加致密,而且使表面变得更加光滑。纳米SiO2可用于油墨中作为分散剂和流量控制剂;可用于封装材料中改善封装材料的性能;还可以作为人造莫来石的重要材料。在护肤产品、电子组装材料、隔热材料、传感材料等方面都有着重要的应用。甚至能节约能源、保护环境。

2 实验部分
2.1 实验仪器


2.2 实验药品


2.3实验原理与方法[7]~[8]
2.3.1 纳米二氧化硅的制备方法
目前纳米SiO2的制备方法分为物理法和化学法两种。
2.3.1.1 物理法
物理法一般指机械粉碎法。利用超级气流粉碎机或高能球磨机将SiO2,的聚集体粉碎可获得粒径1~5微米的超细产品。该法工艺简单但易带入杂质.粉料特性难以控制,制备效率低且粒径分布较宽。
2.3.1.2 化学法
与物理法相比较。化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO2颗粒。化学法包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等但主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法.Ti酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法。
2.3.2 二氧化硅表面改性机理及方法[9]~[14]  
2.3.2.1 二氧化硅表面改性机理
由于在二氧化硅表面存在有羟基,相邻羟基彼此以氢键结合(如图所示),孤立羟基的氢原子正电性强,易与负电性原子吸附,与含羟基化合物发生脱水缩合反应,与亚硫酸氯或碳酞氯反应,与环氧化合物发生酯化反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性,遇水分子时形成氢键吸附。二氧化硅表面是亲水性的,无论气相法或沉淀法都是如此差异仅是程度不同。这导致了在与聚合物基体配合时相容性差,在配合胶料内对硫化促进剂吸附而迟延硫化。此外,二氧化硅比表面积大、粒径小,在与聚合物配合时难混入、难分散。在空气中易飞扬,储存与运输皆不便。改性的目的就是改变二氧化硅表面的物化性质,提高粒子与聚合物分子间相容性,增强填料与聚合物之间交互作用,改善加工工艺性能,提高填料的补强性能。对二氧化硅改性的原理是基于其表面羟基易与含羟基化合物反应、易吸附阴离子的特点,因此,常使用脂肪醇、月女、脂肪酸、硅氧烷等对其改性。
2.3.2.2  表面改性方法
表面改性分为热处理和化学改性处理。
(1) 热处理
热处理后二氧化硅表面吸湿量低,且填充制品吸湿量也显著下降,其原因可能是由于高温加热条件下原来以氢键缔合的相邻羟基发生脱水而形成稳定键合,从而导致吸水量降低,此种方法简便经济。
(2)化学改性处理
使用脂肪酸或聚合物改性二氧化硅表面,由于上述改性剂的改性效果不同,即使用同一种改性剂,其改性效果也可能因硫化体系不同或由于二氧化硅制备工艺不同而有差异。有机硅烷改性二氧化硅表面是一种最常用、最传统的改性方法。硅烷偶联剂是一种具备双反应功能的化学物质,能使聚合物/填料的结合界面成为化学键结合,显著提高了填料补强性能硅烷偶联剂为单体硅化合物,分子式中含易水解基团(如烷氧基、过氧基)能够与填料粒子表面的羟基键合。分子式中的亲油基(如苯基、氯基、多硫基、硫醇基、氨基、烷基、乙烯基)能与被填充聚合物分子链发生反应。使用硅烷偶联剂改性二氧化硅表面.由于不同工艺条件制备的二氧化硅表面结构特性及物化特性不同,偶联剂的分子结构各异,胶料品种多样,使改性二氧化硅填充胶的综合性能改善程度不同。
但须指出,硅烷偶联剂改性二氧化硅目前只在小部分橡胶产品中使用主要原因是成本高。

2.4  实验步骤
2.4.1纳米二氧化硅的制备
(1)称取80g二氧化硅(天津市光复精细化工研究所提供)放入马弗炉中,加热到800℃焙烧3小时,冷却后,取出研磨3小时,将其磨成细小颗粒。然后再将研磨过的二氧化硅细颗粒放入马弗炉中,将温度升高到800℃焙烧4小时,冷却后,取出研磨2小时。然后再焙烧,研磨,直到将二氧化硅磨成白色的粉末为止。
(2)分别使用1000℃、1200℃的温度重复上面的实验。
2.4.2 化学改性
(1) 与硬脂酸反应
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再次超声波分散30min。称取0.5g硬酯酸加入到二氧化硅溶液中,加热到50℃,使硬酯酸溶解。高速搅拌,使硬酯酸分散成小液滴,吸附到二氧化硅表面,并与其发生化学反应,其方程式为: 

得样品1。
(2) 与乙二胺反应
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再经超声波分散30min。量取2ml乙二胺加入到二氧化硅溶液中,加热到75℃,搅拌,反应3h。得样品2。
(3)与丙三醇反应
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再经超声波分散30min。量取1.5ml丙三醇加入到纳米二氧化硅溶液中,加热到45℃,搅拌,反应2 h。得样品3。
2.4.3 接枝改性
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再次超声波分散30min。
称取3克羧甲基纤维素溶于6mol/l的氢氧化钠溶液中,加入10ml去离子水,以布作为滤纸将其抽滤。然后将其溶液加入到二氧化硅溶液中,加入0.05g硫酸铈铵,加热到75℃并保持恒定。再慢慢滴加由3ml甲基丙烯酸甲酯和2ml甲基丙烯酸甲酯组成的混合溶液,反应5小时。得到絮状溶液,即样品4。
2.4.4 高分子包敷改性
1) 称取5g纳米二氧化硅粉体(自制)分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再经超声波分散30min。装入到三颈瓶中,加热到60℃,然后加入0.05g过硫酸钾,继续升温到75℃并使温度恒定。量取5ml甲基丙烯酸甲酯、5ml甲基丙烯酸丁酯混合溶液,将混合溶液倒入滴液漏斗中,在30min内将混合溶液滴加到二氧化硅溶液中,反应3小时,得到乳液产品,静置12小时,得样品5。
2)称取5g纳米二氧化硅粉体(四川宏杰国际贸易有限公司提供)分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再经超声波分散30min。装入到三颈瓶中,加热到60℃,然后加入0.05g过硫酸钾,继续升温到75℃并使温度恒定。量取5ml甲基丙烯酸甲酯、5ml甲基丙烯酸丁酯混合溶液,将混合溶液倒入滴液漏斗中,在30min内将混合溶液滴加到二氧化硅溶液中,反应3小时,得到乳液产品,静置12小时,得样品6。
3)取30ml去离子水装入三颈瓶中,加入0.1g司班-60作为乳化剂,再加入0.05g过硫酸钾,搅拌10min,升温到75℃,然后滴加由5ml甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯组成的混合液。恒温搅拌3h,得到样品7。

2.5 产品结构表征与性能检测[14]~[16]
2.5.1 产品红外光谱分析
分别取样品1(自制纳米二氧化硅)、2(四川宏杰国际贸易有限公司提供)、3(改性后的自制的纳米二氧化硅)、1 g于表面皿内,放入烘箱内干燥,将固体研磨成粉末。然后再取少量粉末和溴化钾混合均匀压片,用傅立叶红外光谱仪扫描。
2.5.2 紫外光光谱分析
取样品5、6乳液10ml,倒入到250ml容量瓶中,加入240ml去离子水使乳液稀释25倍,用可见-紫外分光光度仪测试样品在紫外区的吸收情况。
2.5.3 紫外吸收系数的测试
剪取直径为5厘米的圆形涤纶针织物(167dtex/48f)布样7块,备用。
取5、6、7号样品液5ml于1号、2号、3号烧杯中,再加入5ml去离子水。将3块布块浸入到样品液中。备用。
取5、6、7号样品液10ml于4号、5号、6号烧杯中,将剩下的三块布块浸入到样品液中,备用。
将用样品液处理过的布样在轧余率控制为50%的轧车上轧压,再在150℃的烘箱内烘干,采用紫外吸收-防晒系数测试仪扫描1、2、3、4、5、6、7(未做任何处理)布样。
2.5.4 有机溶剂沉降实验
取6支试管,分别标上1、2、3、4、5、6,在1号试管内加入5ml样品1乳液,2号试管中加入5ml样品2乳液,3号试管中加入样品3乳液,4号试管中加入5ml样品4乳液,5号试管中加入5ml样品5乳液,6号试管中加入5ml只经过超声波分散45分钟的二氧化硅溶液,然后分别往每支试管中加入10ml正丁醇,震荡,静置。

3  实验结果及讨论 [17]
3.1 红外光谱分析
分别取样品1(自制纳米二氧化硅)、2(四川宏杰国际贸易有限公司提供)、3(改性后的自制的纳米二氧化硅)1 g于表面皿内,放入烘箱内干燥,将固体研磨成粉末。然后再取少量粉末和溴化钾混合均匀压片,用傅立叶红外光谱仪扫描。



由图1、图2、图3可见:在1099cm-1处出现最大吸收峰,为Si—O—Si键的反对称伸缩振动;在801cm-1处出现Si—O—Si键的对称伸缩振动,在471cm-1 处出现Si—O—Si键的弯曲振动;在1634cm-1处出现的较弱吸收峰代表HOH的弯曲振动,估计是由于纳米SiO2在空气中放置后,表面吸附少量水引起的。值得注意的是,在963cm附近出现极弱的吸收峰,是Si—OH的弯曲振动吸收,由于经过高温烧结,Si—OH脱水成Si—O—Si,因此在红外图谱中几乎看不到明显的Si—0H吸收峰。上述红外图谱与纳米二氧化硅标准图谱一致。
图2是自制的纳米二氧化硅的谱图。与图1比较,图2的峰比较尖,面积比较小。它们的波数范围基本一致,谱图的吸光度(T)在4以上。说明:纳米二氧化硅对红外辐射的吸收能力比较强。因此,说明高温焙烧法制备的纳米二氧化硅的粒径符合应用的要求,能够用于增强的织物抗红外线辐射和热老化的能力。
图2与图3相比较,图3的波峰数量要少。改性后的纳米二氧化硅的红外吸收能力没有受到影响。

3.2 紫外光谱分析
由附图一、附图二可知:纳米二氧化硅对400nm以下的紫外光有很强的吸收,特别是对200nm~250nm紫外线的吸收最强,出现很高的波峰。附图一和附图二的波形、波峰出现的位置都基本一致,并且对400nm以下的紫外线的吸收相当强。由此,高温焙烧法制备的纳米二氧化硅可以用于增强织物的抗紫外能力。

3.3 紫外吸收-防晒系数分析
用紫外吸收-防晒系数测试仪扫描样品1、2、3、4、5、6、7(未做任何处理)布块。


由表1中紫外吸收系数(UPF)的数据比较可知:经过纳米二氧化硅处理过的织物的紫外吸收系数要比没有处理过的织物的紫外吸收系数都在30左右。1、2号样品的浓度比4、5号样品浓度要小一半,紫外吸收系数也相应的小。说明,紫外吸收系数与织物中存留的纳米二氧化硅的量有关。一般UPF值在30以上的织物就能够用于防紫外辐射的织物。

3.4焙烧温度对二氧化硅粒子粒径的影响
实验采用800℃、1000℃、1200℃的三个不同的焙烧温度制备纳米二氧化硅。实验结果表明:在二氧化硅的熔点以下,焙烧温度越高,二氧化硅分子之间的化学键越容易被破坏,二氧化硅越容易被磨细。用1200℃焙烧二氧化硅时,要比在800℃的条件下要少焙烧4小时,比在1000℃的条件下要少焙烧3小时就能达到相同的效果。

3.5研磨时间对二氧化硅粒子粒径的影响
二氧化硅颗粒经过高温焙烧处理后,二氧化硅分子之间的分子键在高温的情况下被破坏。但是二氧化硅还需要经过研磨之后才能达到纳米级的粉末。实验表明:在实验中研磨时间对二氧化硅粉末的粒径有很大的影响,研磨时间越长,粉末的粒径越小。研磨10小时后的纳米二氧化硅的粒径比只研磨8小时的明显要细得多。

3.6  单体的量对二氧化硅粒子改性的影响
分别使用4m、6ml、8ml、10ml甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯混合单体包敷纳米二氧化硅,通过检测产物的稳定性了解包敷情况。不同的单体包敷纳米二氧化硅的乳液的稳定性如表2。
表2 不同量的单体对纳米二氧化硅的改性的影响


结果表明,MMA的用量对聚合体系的稳定性有较大影响。当MMA用量过大(MMA:SiO2大于4%以上)时,聚合过程中出现大量凝聚物。反应不能正常进行,得到的乳液极不稳定,放置片刻即分层,上层为乳白色液体,下层为白色粉末。当MMA:SiO2等于4%时,反应能正常进行,凝聚物显著减少;但得到的乳液放置数小时便分层,放置稳定性差。而当MMA:SiO2小于3%时,聚合稳定性和放置稳定性均良好。产生上述现象是由于MMA过多时体系中存在太多未被吸附的MMA分子,这些游离的MMA分子在乳胶粒之间产生“桥连”作用使乳胶粒发生枯合,从而导致体系稳定性下降。

3.7 添加纳米二氧化硅的涂料硬度测试
制备6种含纳米改性SiO2质量分数分别为1% 、2% 、3% 、4% 、5% 、6%的丙烯酸树脂涂料,按GB6739-86测定其硬度,结果列于表3。

表3 纳米二氧化硅改性涂料的硬度测试


实验结果表明,填充纳米改性SiO2对复合材料的硬度具有明显的增强效果,当SiO2质量分数为(4~5)%时,涂料硬度由填充前的2H提高到6H,原因是当纳米粒子均匀分散在有机材料中时,与材料的比界面大,结合力强,对有机材料具有增强效应,提高了有机复合材料的硬度 。当SiO2质量分数达到6%时,硬度下降到3H,这是由于粒子间发生团聚, 树脂结合力下降,导致硬度下降。

3.8 单体加入方式的影响
不同的加料方式在宏观上无太大的区别,但Rois报道,单体以“饥饿”方式加入时,会形成核壳结构粒子、非“饥饿”方式加入,除了形成核壳粒子,还会有许多新的粒子产生。也就是说,为了保证无皂聚合场所在纳米二氧化硅表面,必须使单体以一定速度依次滴加。

3.9 引发剂用量的影响
在单体的量和反应温度不变的情况下,改变引发剂的加入量。随着引发剂量的增加,体系反应时间缩短。在不同的引发剂的浓度的聚合反应速率,如表4。

表4 引发剂的量对反应速率的影响

实验表明,引发剂量从0.55g/L增加到1.00g /L时,聚合反应速度和转化率随之提高。根据公式R=2fkd[Il,自由基数目随引发剂浓度增加而增加,从而使MMA的聚合速度和转化率随之提高。但反应速度也不宜太快,太快容易暴聚。一般控制在0.6g/L左右。

3.10聚合反应温度的影响
聚合温度是聚合反应的速率的一个主要的影响因素,一般情况下,反应速率会随着聚合温度的升高而加快。在不同的温度下,聚合反应速率如表5。

表5 反应温度对反应速率的影响

当反应温度低于70℃时,聚合速率和转化率随温度升高而增大,70℃时达到最大。按阿仑尼乌斯方程(k=Aexp(-E/RT))温度升高聚合速率常数增大;同时自由基生成速率增大,自由基和单体的扩散速率也加快,所以,聚合速率和转化率随温度的升高而增大。当温度高于70℃时,随温度升高,二氧化硅粒子表面的聚合物的温度越靠近聚合物的软化点,其粘性越大且粒子的布朗运动加剧,团聚的几率增多甚至会破乳。另外,温度越高自由基生成的速率越大,一旦自由基产生的速率大于链增长的速度.因单位体积内自由基数目增加,而使终止速率变大。综上所述本实验以70℃为宜。

4结论
(1)本实验采用高温焙烧的方法制备出纳米二氧化硅,该法成本低产量大制备工艺简单,在一些对粒径要求不高的场合下可以使用。其缺点为能耗大,产品粒径不够细,易混入杂质,粒子易氧化产生变形等。
(2)本实验采用低分子化学法、接枝聚合法、高分子包敷法改性纳米二氧化硅,实验表明:接枝聚合法改性的纳米二氧化硅的稳定性最好,高分子包敷法其次,低分子试剂化学法的稳定性最差。
(3)经UV-VI58500紫外-可见分光光度计检测发现纳米二氧化硅对400nm以下的紫外光有很强的吸收,特别是对波长在200nm~250nm范围内的紫外光的吸收,可以增强织物的抗紫外线辐射的能力。
(4)在丙烯酸酯类涂料中添加适量的纳米二氧化硅可以增强涂料的硬度和柔韧性。但是,纳米二氧化硅的量加得太多,由于纳米二氧化硅的团聚作用,反而使涂料的硬度下降。

致谢
 本文是在导师AAA教授悉心指导下完成的,在此表示忠心的感谢!导师无论从学业、工作到生活都给予了热情的指导和亲切的关怀,他广博的知识,敏锐求新的精神,宽以待人的态度令学生受益终身。
在此论文完成之际,特别向高分子教研室的BBB老师和CCC老师表示感谢,他们在课题的研究过程中提供了有益的指导。也向教研室其他老师为本论文的完成提供帮助表示感谢。
特别感谢湖南工程学院纺织系的DDD老师为本文的检测提供了大量的帮助。
最后,感谢关心我的朋友,任何成就离不开他们的支持和鼓励。
涂料专用纳米二氧化硅
纳米二氧化硅添加到涂料中可提高涂料的耐擦洗性、强度、硬度等。在涂料中添加少量晶瑞纳米二氧化硅, 涂料的抗紫外线老化试验性能可由原来的 250h 提高到 600h 以上, 耐擦洗性提高 10 倍以上,干燥时间大幅度降低 , 而且原料存在的悬浮稳定性差、触变性差、光洁度不高等问题也得到很好的解决 ,。添加晶瑞纳米二氧化硅的涂料的开罐效果也明显地改善 , 涂料不分层、防流挂、施工性良好 , 抗污性大大提高 , 并具有优良的自洁性和附着力。

晶瑞纳米二氧化硅在涂料中的应用特性:
耐洗刷:耐洗刷性由几千次提高到上万次
耐候性:耐候性可提高3倍左右,添加一定量的晶瑞纳米二氧化硅可使传统涂料产品的抗紫外老化性能由原先的250h提高到600 h以上。 
耐玷污性和自洁性:研究表明,通过如下途径可提高涂膜的耐沾污性和自洁性,一是利用纳米氧化硅的多微孔结构,通过一定的工艺手段在涂膜表面形成纳米尺度范围内几何形状互补的(如凸与凹相间)界面结构,使其吸附空气而在表面形成一层稳定的气体阻隔膜;二是对纳米二氧化硅粒子进行表面处理,使其表面呈现双亲性或双疏性,有效改善雨水对建筑涂料涂膜表面的润湿以及粉尘的附着性,提高涂膜的耐沾污性和自洁能力。
抗菌性:在涂料中,当晶瑞纳米二氧化硅的添加量超过0.5%时,涂料表现出明显的抗菌效果。 
疏水防腐性: 晶瑞纳米二氧化硅的疏水防腐蚀涂料,不仅具有良好的附着性、耐蚀性,而且具有高的致密性及抗离子的渗透性。
透明性:晶瑞纳米二氧化硅可保证纳米改性涂料的透明性。 利用万景纳米二氧化硅可制得高耐磨透明涂料,使其耐磨性比原来提高10倍以上。 
硬度:当晶瑞纳米二氧化硅粒子在有机材料中呈均匀而单个颗粒分散时,纳米粒子如同刚性链条一样对有机材料起增强作用,从而提高紫外光固化涂料的涂膜硬度,最高可达2.5倍以上。 
热稳定性:在紫外光固化涂料中,晶瑞纳米二氧化硅能提高涂膜的玻璃化温度。
增稠性: 晶瑞纳米二氧化硅的加入可显著提高涂料的粘度,增稠效果好。
添加量:
建议用量为 0.5—10% ,个别产品体系可到10%以上,需根据实际情况而定。
一种二氧化硅气凝胶涂料及其应用
CN 103275530 A
摘要
本发明提供一种二氧化硅气凝胶涂料,其是由以下质量份的成分组成:二氧化硅气凝胶粉10-30份,成膜剂100-120份,固化剂1-2份,成膜助剂1-2份。本发明还提出所述的二氧化硅气凝胶涂料在构成隔热防爆涂层中的应用。本发明提出的二氧化硅气凝胶涂料制备简单,成本低廉。通过选择适当配方使涂料与基材具有良好的键合,可以有效地隔热、减少爆炸变形,具有防护功能,可以用于建筑或设备的保温、隔热、降噪,也可以用于车辆外表面,在突发事件中减少车辆变形、提高乘员安全。
权利要求(10)
1.一种二氧化硅气凝胶涂料,其特征在于,是由以下质量份的成分组成: 二氧化硅气凝胶粉10-30份,成膜剂100-120份,固化剂1-2份,成膜助剂1-2份。
2.如权利要求1所述的二氧化硅气凝胶涂料,其特征在于,所述二氧化硅气凝胶粉密度为 30-70kg/m3,常温导热系数 0.007-0.015ff/m • K,粉体粒径 50_5000nm。
3.如权利要求2所述的二氧化硅气凝胶涂料,其特征在于,所述二氧化硅气凝胶粉密度为 55-65kg/m3,常温导热系数 0.009-0.011ff/m • K,粉体粒径 500_700nm。
4.如权利要求1-3任一所述的二氧化硅气凝胶涂料,其特征在于,所述成膜剂为硅酸钠、硅酸钾、苯丙乳液、硅酸锂、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一种或多种的混合物。
5.如权利要求1-3任一所述的二氧化硅气凝胶涂料,其特征在于,所述固化剂为氧化镁、三氧化二铝、氟硅酸钠中的一种;所述成膜助剂为苯甲醇、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚、醇酯-12中的一种或几种。
6.如权利要求1-3任一所述的二氧化硅气凝胶涂料,其特征在于,所述二氧化硅气凝胶涂料通过以下方法制备: 按比例混合二氧化娃气凝胶粉、成膜剂、固化剂、成膜助剂,搅拌均勻,研磨20-60min即可。
7.权利要求1-6任一所述的二氧化硅气凝胶涂料在构成隔热防爆涂层中的应用。
8.如权利要求7所述的应用,其特征在于,所述应用是将二氧化硅气凝胶涂料涂覆于材料表面,涂覆的厚度为2-4mm,分2_4次涂覆,每一次涂覆后固化。
9.如权利要求8所 述的应用,其特征在于,每一次涂覆后固化7-12小时。
10.如权利要求8或9所述的应用,其特征在于,所述材料为金属材料或建筑材料。
说明
一种二氧化硅气凝胶涂料及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于薄层材料领域,具体涉及一种含有二氧化硅粉末的薄层材料。
背景技术
[0002] 气凝胶是通过干燥方法将湿凝胶中的液体被气体所取代,同时凝胶的网络结构基本保留不变所得的材料。气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三维网络结构,拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,其体密度在0.003-0.500g/cm3范围内可调。二氧化硅气凝胶的制备技术日趋成熟,而且二氧化硅气凝胶的运用一直是从事气凝胶研究的工作者的重点研究方向,例如专利CN10137650.1A公开了气凝胶减反射涂层。专利CN103011619A提出其作为固相微萃取涂层的应用。但是作为出现不到百年的这一新型材料,气凝胶实际还有更多应用有待研究者开发。
[0003] 涂料发展到今天已经要求将涂料功能化专一化了。隔热涂料是近期才被人们关注的产物,因为具有保温隔热的功能,让人们可以节能降耗,适合现代生活要求,所以隔热涂料是发展较快的一类功能涂料。现在在军工等领域又提出涂料的防护功能,需要涂料不仅要求保温隔热、降噪,还要求防爆。现在越来越多的需求比如车辆,在考虑车辆的舒适性的同时更多的是在考虑其安全性能,对车辆本身行驶过程中的碰撞,故障等安全性能目前通过加装安全气囊,安全带等措施等,但是车辆本身的防弹防爆性能没有得到加强,特别是在战乱国家,恐怖袭击时有发生,乘员对车辆的防炸防护的安全性能要求越来越高。气凝胶涂料作为可以方便地涂敷在材料的表面,不受材料的形状和结构的限制,涂料里的气凝胶又具有很好的保温隔热防爆的功能,作为汽车舱室的防护和汽车底甲的爆炸冲击波的防护具有一定的辅助作用。
发明内容
[0004] 本发明针对现有装甲车的爆炸试验现象,专门有针对性的研制出了气凝胶涂料用于车辆、建筑、设备等保温·隔热,以及用于涉及到爆炸冲击波的场合、部件的冲击波防护涂料。
[0005] 针对现有技术的不足之处,本发明的目的是提出一种二氧化硅气凝胶涂料。
[0006] 本发明的另一目的是提出所述涂料的应用。
[0007] 实现本发明上述目的的具体技术方案为:
[0008] 一种二氧化硅气凝胶涂料,其是由以下质量份的成分组成:
[0009] 二氧化硅气凝胶粉10-30份,成膜剂100-120份,固化剂1_2份,成膜助剂1_2份。
[0010] 其中,所述二氧化硅气凝胶粉密度为30-70kg/m3,常温导热系数0.007-0.015W/m • K,粉体粒径 50-5000nm。
[0011] 优选地,所述二氧化硅气凝胶粉密度为55-65kg/m3,常温导热系数0.009-0.0llff/m • K,粉体粒径 500-700nm。
[0012] 其中,所述成膜剂为硅酸钠、硅酸钾、苯丙乳液、硅酸锂、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一种或几种。通常是以硅酸钠、苯丙乳液、硅酸锂、丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一种按质量比例1:1-2与硅酸钾混合。硅酸钠的模数为2.0-3.5范围内;硅酸钾模数为2.0-3.0范围内。
[0013] 其中,所述固化助剂为氧化镁、三氧化二铝、氟硅酸钠中的一种;所述成膜助剂为苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)醇酯-12中的一种或几种。
[0014] 本发明所述二氧化硅气凝胶涂料通过以下方法制备:
[0015] 按比例混合二氧化硅气凝胶粉、胶粘剂、固化剂、成膜助剂,搅拌均匀,研磨20-60min即可。灌装待用。
[0016] 本发明提出的二氧化硅气凝胶涂料在构成隔热防爆涂层中的应用。
[0017] 其中,所述应用是将二氧化硅气凝胶涂料涂覆于材料表面,涂覆的厚度为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小时。
[0018] 其中,所述材料为金属材料或建筑材料。所述涂料可以直接涂敷在钢材、水泥、玻璃、木材、石材等材质表面。
[0019] 本发明的有益效果在于:
[0020] 本发明提出的二氧化硅气凝胶涂料制备简单,成本低廉。通过选择适当配方使涂料与基材良好的键合,可以有效地隔热、减少爆炸变形,具有防护功能,可以用于建筑或设备的保温、隔热、降噪,也可以用于车辆外表面,在突发事件中减少车辆变形、提高乘员安全。
具体实施方式
[0021] 现以以下最佳实施例来说明本发明,但不用来限制本发明的范围。实施例中,如无特殊说明,所使用的设备和方法均为所属领域常规的设备和方法。
[0022] 实施例1
[0023] 取二氧化娃气凝胶粉10质量份(密度60kg/m3,导热系数0.01w/m *k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),硅酸钠(3.0模数):硅酸钾(2.8模数)的质量比为1:1的溶液100份,氟硅酸钠I份,醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三辊球磨机中研磨30分钟,灌装得产品。
[0024] 取上述涂料,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为1mm,每次涂完固化8小时,分三次涂刷,每次1mm,固化8小时后再涂下一层。完全固化。
[0025] 经车辆厂现场测试,各项指标均满足隔热和爆炸防护辅助功能:涂膜烧蚀余量99%,涂膜耐120次水洗,涂膜密度240g/m2,涂膜的导热系数0.034w/m -k,对涂覆后的钢板做SkgTNT,50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了 10%,钢板表面瞬间温度降低了 200°C。
[0026] 实施例2
[0027] 取二氧化娃气凝胶粉10份(密度60kg/m3,导热系数0.01w/m • k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),I:2硅酸钠(3.0模数):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,氧化镁I份,醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三棍球磨机中研磨30分钟,灌装得产品。
[0028] 取上述涂料,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小时后再涂下一层。待完全固化后测其相关性能:涂膜烧蚀余量99%,涂膜耐80次水洗,涂膜密度230g/m2,涂膜的导热系数0.036w/m* k,对涂覆钢板做8kg TNT50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了 15%,钢板表面瞬间温度降低了 180°C。
[0029] 实施例3
[0030] 取二氧化娃气凝胶粉20份(密度60kg/m3,导热系数0.01w/m • k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),I:1硅酸钠(3.0模数):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,氟硅酸钠I份,丙二醇苯醚I份,混合搅拌均匀,然后在三棍球磨机中研磨30分钟,
灌装得产品。
[0031] 取上述涂料适量,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小时后再涂下一层。待完全固化后测其相关性能:涂膜烧蚀余量99%,涂膜耐80次水洗,涂膜密度230g/m2,涂膜导热系数0.030w/m • k,对涂覆钢板做8kg TNT50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了 20%,钢板表面瞬间温度降低了 230°C。
[0032] 实施例4
[0033] 取二氧化 娃气凝胶粉20份(密度60kg/m3,导热系数0.0lw/m • k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),I:2硅酸钠(3.0模数):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,氟硅酸钠I份,醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三辊球磨机中研磨30分钟,灌装
得产品。
[0034] 取上述涂料,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小时后再涂下一层。待完全固化后测其相关性能:涂膜烧蚀余量99%,涂膜耐80次水洗,涂膜密度230g/m2,涂膜导热系数0.032w/m • k,对涂覆钢板做8kg TNT50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了 20%,钢板表面瞬间温度降低了 240°C。
[0035] 实施例5
[0036] 取二氧化娃气凝胶粉10份(密度60kg/m3,导热系数0.0lw/m • k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),I:2苯丙乳液(固含量40%):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,氟硅酸钠I份,醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三辊球磨机中研磨30分钟,
灌装得产品。
[0037] 取上述涂料适量,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,每次1mm,固化8小时后再涂下一层。待完全固化后测其相关性能:涂膜烧蚀余量80%,涂膜耐200次水洗,涂膜密度210g/m2,涂膜的导热系数0.034w/m • k,对涂覆钢板做8kgTNT50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了 17%,钢板表面瞬间温度降低了 180摄氏度,涂层变黑。
[0038] 实施例6
[0039] 取二氧化娃气凝胶粉20份(密度60kg/m3,导热系数0.0lw/m • k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),I:2苯丙乳液(固含量40%):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,氟硅酸钠剂I份,成醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三棍球磨机中研磨30分
钟,灌装得产品。
[0040] 取上述涂料,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,每次Imm厚,待完全固化后测其相关性能:涂膜烧蚀余量86%,涂膜耐180次水洗,涂膜密度170g/m2,导热系数0.028w/m • k,对涂覆钢板做8kg TNT50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了25%,钢板表面瞬间温度降低了 270摄氏度,涂层变黑。
[0041] 实施例7[0042] 取二氧化娃气凝胶粉10质量份(密度60kg/m3,导热系数0.0lw/m *k,粒度500nm,陕西盟创纳米新型材料股份有限公司所产),质量比例1:1硅酸钠(3.0模数):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,氟硅酸钠I份,醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三辊球磨机中研磨30分钟,灌装得产品。
[0043] 取上述涂料,涂于300 X 300的Icm水泥板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,待完全固化。
[0044] 涂膜的导热系数0.034w/m • k,比表面积800m2/g,孔隙率98%,孔径20_50nm。说明该涂膜仍具有气凝胶粉的多孔性能,因而具有隔热、隔音功能。
[0045] 实施例8
[0046] 取二氧化硅气凝胶粉20份(密度80kg/m3,导热系数0.015w/m • k,粒度5-10 U m,美国cabot公司NanogeP ),,1:2苯丙乳液(固含量40%):硅酸钾(2.8模数)溶液100份,
氟硅酸钠I份,醇酯-121份,混合搅拌均匀,然后在三棍球磨机中研磨30分钟,灌装得产品。
[0047] 取上述涂料,涂于300X300的5mm钢板上,涂敷厚度为3mm,分三次涂刷,待完全固化后测其相关性能:涂膜烧蚀余量86%,涂膜耐150次水洗,涂膜密度150g/m2,导热系数0.031w/m • k,对涂覆钢板做8kgTNT50公分距离爆炸分析,钢板变形量减小了 18%,钢板表面瞬间温度降低了 170摄氏度,涂层变黑。
[0048] 以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进,均应落入本发明`的权利要求书确定的保护范围内。
气相法白炭黑在涂料中的应用
刘莉
(广州吉必时科技实业有限公司)
1、前言
气相法白炭黑是氯硅烷在氢氧焰中气相水解的产物,原生的气相法白炭黑是无定形的球形颗粒,平均原生粒径约为7—4O纳米,比表面积100—400m/g,是一种多功能的添加剂,应用于涂料行业,可起到增稠、触变、消光等作用。
2、气相法白炭黑在涂料中的应用
2.1流变助剂
流变性是涂料的重要性能,它直接影响到涂料的外观、施工性能及贮存稳定性等方面,而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异。对于油性体系而言,大部分流变助剂都是形成氢键而起作用。未处理的气相法白炭黑表面含有大量羟基,它们在油性体系中极易通过相互间的氢键缔合形成均匀的三维网状结构。这种三维网状结构受机械剪切力作用时会破坏,使涂料粘度下降,恢复良好的流动性;当剪切力消除后,三维结构(氢键)会自行恢复,粘度上升。在完全非极性液体中,粘度回复时间只需几分之一秒,在极性液体中,回复时间较长,取决于气相法白炭黑的浓度和其分散程度。气相法白炭黑的这一特性赋予油性涂料非常好的贮存性能和施工性能,特别是厚浆型涂料(如船舶漆),既能保证涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性,又能保证涂膜的一次施工厚度。在施工过程中,由于涂层边缘的溶剂挥发较快,导致表面张力不均匀,容易使涂料向边缘移动,白炭黑网络能够有效地阻止涂料的移动而形成厚边,同时还可防止涂料在固化过程中的流挂现象,使涂层均匀。与此同时,气相法白炭黑由于能形成氢键而提高体系的中低剪切粘度,从而起到增稠作用。因此,气相法白炭黑在油性体系当中的应用非常广泛。不过在水性体系中,由于水分子也会与气相法白炭黑形成氢键,大大消弱了颗粒间的相互作用,所以通常会对其表面进行封端处理,并引入氧化铝等改性,利用配位效应而起流变作用,以避开水的影响。但从目前应用的情况来看,都不是很理想,需要反复搭配实验,而且使用不当时还会导致体系有肝化的趋势。
2.2防沉剂
气相法白炭黑是一种理想的防沉剂,它形成的氢键结构非常均匀稳定,而且是三维网状结构。因此,对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系,适当的添加量将大大提高色浆的稳定性,而且能够减少润湿分散剂的量,以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。气相法白炭黑的防沉作用对涂料存放非常有利,特别是某些颜料如金属粉和薄片,都极易沉淀及不能完全悬浮,使用气相法白炭黑可保证其分散不沉淀。以配方总量计,白炭黑用量在0.4%~0.8%的范围内,但特殊情况下,比如富锌漆,需增加到2%。
2.3助分散剂
在粉末体系中,由于气相法白炭黑的小粒径和高表面能,它们可以吸附在涂料粉体的表面,并在粉体表面形成一个表层,提高粉料的分散性。在同一涂料系统中,加入气相法白炭黑可以明显缩短分散时间,提高生产效率。作为助分散剂的白炭黑添加量不宜太多,一般不超过1%,因为添加量过多会造成体系触变性能太强,导致分散时边缘剪切力不够而呈冻状,影响分散效率。特殊情况如富锌漆需要添加2%时,可以同时配搭其它流变助剂一起使用,并利用醇类溶剂调整气相法白炭黑的流变性能。
2.4其它作用
气相法白炭黑还可以改善提高涂料的流动性,提高涂料的耐候性、抗划伤性,提高涂层与基材之间的结合强度以及涂层的硬度。
3气相法白炭黑在涂料中应用的主要技术关键
3.1分散
气相法白炭黑比表面积大,表面能高,非常容易团聚,在应用过程中必须适当分散,才能取得最有效的作用。假若分散不足,三维网状结构便不能充分形成;分散过度又只能形成小部分网络,甚至完全丧失网络结构。在涂料生产过程中,气相法白炭黑的表面处理、添加方式、分散设备的选择等,都直接影响到气相法白炭黑在涂料中的分散状态。
3.2稳定
气相法白炭黑添加到基料中配制成涂料后,气相法白炭黑分散状态的稳定,对涂料性能有很大的影响,一方面要防止气相法白炭黑进一步团聚、絮凝,另一方面有要保持气相法白炭黑在涂料中的特殊功能。这也是业内人士正在研究的课题之一。
3.3配比
气相法白炭黑作为助剂添加到涂料中,有最佳的添加量,如添加量不足,起不到预勰的效应。但添加量过多,不但浪费,而且还可能起副作用,使涂料产品质量下降。要充分发挥气相法白炭黑的功能,必须对涂料配方充分了解,分析那些原料会妨碍或促进气相法白炭黑的功能,选择最佳的添加量。通常具有多重氢键的原料都可提高其效率。另外,水性体系的pH值对气相法白炭黑的功能有很大影响,pH在7.5至8.5之间时,除非加入添加剂,否则气相法白炭黑将不能有效发挥其作用,pH大于10.8时,气相法白炭黑便会溶于水中。
4我国涂料工业应用气相法白炭黑的现状及发展建议
目前,国内涂料工业化生产中使用气相法白炭黑的逐渐增多,如广州佐敦的船舶涂料、顺德华润的木器和外墙涂料、中山大桥的汽车涂料等。但就气相法白炭黑在涂料中的应用而言,我国目前仍处于起步阶段。气相法白炭黑是高科技产品,在涂料中的应用也不同于一般材料在涂料应用的情况,应该来说,它也是一项高新技术,从研磨分散到施工应用都不同于传统的涂料产品。气相法白炭黑要在涂料中很好地应用,发挥其特殊功能,需要研发纳米材料的单位、涂料的应用研究及生产单位、使用高性能涂料的单位通力合作。
气相白炭黑在粉末涂料中的应用
柯加良
(广州吉必时科技实业有限公司,广州510510)
一、我国粉末涂料行业现状
粉末涂料因具有“省资源、省能源、低污染、高效能”的特点,自20世纪40年代问世以来,受到世界各国的广泛重视,发展异常迅猛。粉末涂料是一种以树脂为基料,配以固化剂、颜料、填料和其他原材料而得到的配方材料,通过静电喷涂或其他方式涂覆于底材表面,赋予被涂金属底材良好的外观和耐久性,因此粉末涂料与涂装技术所涉及的领域非常宽。粉末涂料的基料主要为热固性树脂(如环氧树脂和聚酯树脂)和热塑性树脂(如PVC和尼龙11)。热固性粉末涂料主要为环氧一聚酯混合型、纯聚酯型、纯环氧型。我国粉末涂料以热固性为主,热塑性粉末涂料的产量很少,以PVC粉末为主,2003年涂料涂装专业委员会的行业数据统计中,热塑性粉末涂料产量仅有9000吨。因此,以热固性树脂为主、以环氧树脂为主要基料,是我国粉末涂料行业的重要特点。
我国粉末涂料行业是改革开放以来随着国内家电行业的兴起而发展起来的,经过20多年的发展,从无到有,从小到大,取得了长足的进步。近年来粉末涂料行业的发展速度加快,远远超过全国涂料行业的平均发展速度。2003年我国涂料产量首次突破200万吨,增长11%;2003年我国热固性粉末涂料产量达到34万吨,增长25%,是全国涂料产量增长率的2倍多。2004年热固性粉末涂料产量达到41万吨,年增长率为20%;2005年产量达到50万吨,年增长率为22%,远高于世界粉末涂料行业7%~8%的平均增长速度。经过几十年的发展,我国粉末涂料产量已跃居世界首位,成为世界粉末涂料的龙头国家。2003~2005年国内粉末涂料生产状况比较见表1。
年份产量(万吨,年)年增长率
我国已成为引领世界粉末涂料发展的主力军,目前仍保持着高增长率,国际巨头阿克苏、杜邦、PPG、宣威、罗门哈斯等大型涂料企业,均看好中国粉末涂料市场,纷纷在中国拓展粉末涂料市场的广度和深度。杜邦、阿克苏.诺贝尔、PPG等国外著名粉末涂料制造商都在我国建立了生产基地,其中阿克苏.诺贝尔公司在中国已经建立10家粉末涂料生产厂,是中国最大的粉末涂料制造商,占中国粉末涂料市场份额的15。美国宣威公司、罗门哈斯公司等也开始在中国开展粉末涂料业务或设厂。此外国内企业也纷纷上马粉末涂料设备,形成“群雄逐鹿”的局面。目前我国粉末涂料生产企业已近2000家,但是技术水平和质量管理水平差异较大,产品质量也良莠不齐。目前,从地域分布来看,我国粉末涂料业主要分布在珠江三角洲和长江三角洲,这2个地区的粉末涂料产量占全国的80%左右;其次是京津地区,约占10%左右;全国其他地区仅占10%左右。这种分布与我国环氧树脂企业的分布基本一