纳米SiOx对乙酸乙烯酯乳胶漆性能影响之初探

纳米Siox对乙酸乙烯酯乳胶漆性能影响之初探

刘东辉 李星  张健
昆明理工大学(650224)

1 前言
乙酸乙烯酯乳胶漆虽然只是一种较为普通的建筑涂料,成熟而且所用的原材料来源充足,生产成本也比较低,加之施工操作相对简易,涂装后漆膜的综合性能比较好,在我国的墙面装修上有着广泛的应用。在国外如美国, 同类型的建筑乳胶漆也占据着很大的市场分额,在其内墙涂料所有种类里,聚乙酸乙烯酯树脂类涂料占有量约为85%左右1 1;另一方面,由于这一类乳胶漆为水溶性涂料,这就使之易于向环保的方向发展,品种本身有较大的开发潜力,且符合现在的发展方向。由此可见,改善和提高这一类涂料的性能是一个值得研究的课题。
纳米材料因其所具有的四大特殊效应(表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应)而具有许多优异的性能,使其在众多领域里,包括高分子材料的复合改性领域里都有着良好的发展前景1¨ 。纳米SiOx的表面效应和小尺寸效应使其具有很大的比表面积(640±50m:/g),高表面羟基值(48% )、表面氧原子配位严重不足(x=1.2~1.6)等结构特性。从这些特性来分析推断,纳米SiOx如能得到恰当的使用,应该对乙酸乙烯酯乳胶漆具有良好的改性能力。基于这一判断,本实验主要从对纳米SiOx的表面改性处理人手,将为同数量的纳米SiOx分散于乙酸乙烯酯乳胶漆中,然后对其性能进行测定,并对测定结果进行分析。

2 实验
2.1 主要实验材料
(1)乙酸乙烯酯:工业品,天津有机化工厂生产;
(2)纳米SiOx:工业品,舟山明日纳米材料有限公司;
(4)过硫酸铵:分析纯,上海桃浦化工厂生产
(5)聚乙烯醇:工业品,云南维尼纶厂生产;
(6)邻苯二甲酸二丁醋:工业品,宣威溶剂厂生产:
(7)乳化剂0P一10:工业品,上海化学试剂站中心化工厂生产;
(8)纳米表面改性分散剂YH一8: 自制;
(9)PH值调节剂: 自制。

2.2 主要实验仪器
(1)JJ一1型精密增力电动搅拌器:常州国华电器有限公司生产;
(2)HC·TPllB·10型架盘药物天平:北京医用天平厂生产;
(3)BP一Ⅱ型架盘药物天平:上海医疗器械八厂生产;
(4)超级恒温槽:重庆试验设备厂生产。

2.3 实验方法
(1)实验对象
纳米SiOx材料在高分子基建筑乳胶涂料中使用的关键性技术难点,在于如何将其按纳米尺寸有效地分散在乳胶漆主体材料中。针对这一问题,实验首先考虑解决的问题是如何对纳米粒子进行有效的表面改性处理。这一步是整个实验的关键,有些学者也做过一些研究。在实验过程中,我们经过反复研究和偿试,终于得到一种较为理想的湿法分散用纳米分散剂YH一8,将其与纳米SiOx相混合后再通过专门的处理工艺,能够有效地打破纳米SiOx软团聚体,使其充分处于松散而稳定的纳米状态,然后再通过相应的技术方法,使其按纳米尺寸均匀地分散于聚合反应的分散体系中,同时对原分散体系的效能不会产生不利的影响;第二步,在分散有适量纳米SiOx材料的反应体系中按照常规的方法进行乙酸乙烯酯的聚合反应,制备聚乙酸乙烯酯乳液,并最终制得乙酸乙烯酯乳胶漆;第三步,将制得的数组含有不同数量纳米SiOx的乙酸乙烯酯乳胶漆参照相应标准进行性能测定。

(2)参照标准
性能测定主要参照的国家标准主要有:GB/T9756— 95.GB/T1729— 92.GB/T1728—89,GB/T1729— 85,GB/T1733— 93,GB/T1742—89,GB/T1750— 89,GB9154— 88,GB9154— 88,GB/T9265— 88, GB/T9266— 88, GB/T9266— 88.GBlll78—89等。

2.4 实验工艺过程
实验工艺过程见图1。

3 结果分析与讨论
3.1实验结果
实验结果见表1。

3.2 结果分析与讨论
从表1可见,以有效方法将适量纳米SiOx添加到乙酸乙烯酯乳胶漆中后,漆膜在干燥时问、耐洗涮性、剪切强度等项指标上均有明显提高,这充分说明纳米SiOx对乙酸乙烯酯乳胶漆而言,是一种性能优异的改性添加剂。

从纳米SiOx本身结构来说,其表面氧原子配位严重不足(X:1.2~1.6),电子缺失严重,表面效应非常显著;加之小尺寸效应使其具有很大的比表面积(640±50m!/g),表面能很高。这些特殊效应的综合作用结果,使得纳米SiOx粒子在聚乙酸乙烯酯乳液体系中能以很强的表面作用力与聚乙酸乙烯酯的大分子链相连接,同时与其它助剂又有良好的相容性,使其能够在很好地保持聚乙酸乙烯酯大分子链柔韧性的同时大力增强聚乙酸乙烯酯大分子与粘接件表面的吸附力,并在一定程度上具有受力位移的能力,在有应力产生时,可使应力集中点发生飘移而促使其消亡,从而大大地增加了乳胶漆的剪切强度。纳米SiOx粒子所具有的高表面羟基值(48%),使聚乙酸乙烯酯乳液体系具备了较高的活性,加快了乳胶漆的漆膜干燥速度。纳米SiOx粒子本身就具有非常强的耐磨性,配合其表面效应和小尺寸效应,使乙酸乙烯酯乳胶漆的成膜分子紧密相连,漆膜表面更加致密、坚实和细腻,从而提高了乙酸乙烯酯乳胶漆的耐洗涮性。当纳米SiOx含量小于2.0%0时,因其数量太少,对乙酸乙烯酯乳胶漆的改性能力尚不能从宏观角度充分体现出来,所以表1中各项性能指标基本上没有什么明显的变化。

当纳米SiOx含量超出5.0%。后,干燥时间、耐洗涮性、剪切强度等项技术指标开始下降。究其原因,有可能是因为当纳米材料的使用超出一定数量之后,由于其自身的特殊性使得难以将其均匀地分散于乙酸乙烯酯乳胶漆中,这样就因为局部的不均匀性而导致了成膜过程的差异和漆膜整体结构的不一致性,使得以上三项性能指标有所下降。但表中同时也反应出其它一些技术指标如:在容器中的状态、涂装性、涂膜外观、耐碱性、抗冻融性等尚未受到明显的影响,这基本上能表明纳米SiOx对乙酸乙烯酯乳胶漆无不良作用,其优异的改性能力是明确的。能否充分发挥纳米SiOx对乙酸乙烯酯乳胶漆的性能改善作用,关键在于技术处理措施是否得当。

4 结语
纳米SiOx经过相应的表面改性处理,打破了其软团聚体后,将其按一定的量分散于乙酸乙烯酯乳胶漆中,能够明显地提高这一内墙涂料的耐洗涮性、剪切强度,并缩短其干燥时间。

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