添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用.docx
《添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用
添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用
纳米技术是21世纪富有挑战性、富有活力的高新技术。
杭州万景新材料有限公司是一家从事纳米技术研究、生产以及应用的高新技术企业。
公司现有专业技术人员130名，形成了一支实力强大的新材料研究开发队伍，公司已经取得了多项技术成果，研制开发了几项在国内外领先的产品技术，具有完全自主知识产权。
用纳米尺寸的纳米氧化物（VK-T25）与颜料组成纳米复合涂料，以及用原位复合的方法制备有纳米尺寸的无机-有机杂化涂料体系是国内外科技工作者研究的热点。
1纳米涂料涂装户外木材的效果
木材易受大气老化而变色、开裂，受潮气和风干作用使尺寸变化大，易长霉菌和被虫蛀、表面易磨损和挫伤，因此它在储运、加工、使用的整个过程中都需要保护。
使用涂料是保护木材最为简单且有效的手段之一，能赋予光泽、色彩,
起到装饰作用。
纳米尺寸的二氧化硅（VK-SP30）、二氧化钛（VK-T25）、氧化锌（VK-J30）等与树脂之间有良好的界面结合强度。
纳米二氧化硅（VK-SP30）有优良的自洁能力；纳米二氧化钛（VK-T25）能吸收紫外线，对长波320~400nm和中波280~320nm均有屏蔽作用，又能起到光催化作用，可使有机污染
物降解为二氧化碳和水，二氧化硫成为SO42-，一氧化氮成为NO3-，还
能还原金属离子；纳米氧化锌（VK-J30）在水和空气中能自行分解出自由移动的电子，留下带正电荷的空穴，将空气中的氧激活为活性氧，与多种有机物发生氧化反应，从而把大多数的病菌和病毒杀死。
因此将纳米二氧化硅（VK-SP30）、二氧化钛（VK-T25）、氧化锌（VK-J30）等作为涂料的组分可以制成安全长效的户外用木材的涂料
1.1纳米涂料可提高木材尺寸的稳定性
据报导，采用丙烯酸酯和溶胶状纳米二氧化硅（VK-SP30）共聚而成的硅丙树脂为主要成膜材料可制得用于木材尺寸稳定的浸渍漆。
它不含甲醛、甲苯、二
甲—苯、木材杀菌保护剂、增塑剂、白蚁驱除剂等成分，却具有杀菌、防霉作用。
制漆配方中含有1%~5%（质量比）的纳米二氧化钛（VK-T25）、氧化锌（VK-J30）。
固体含量为40%~45%，粘度40~70mPa-s（25°C），外观呈乳白色液体。
将木材在液温为5~10C的上述底漆中浸渍12h，随后在50C干燥12h，即完成了底漆涂装。
涂膜呈很浅的白色透明膜，涂布量为60~100g/m2。
1.1.1木材尺寸稳定性试验
试件：
夹竹木，衫木，非洲夹竹木，扁柏木
木材中树脂含量按下式计算:
抗膨胀性试验:
将不涂装的样板和涂装纳米硅丙涂料的样板先在105C进行48h绝干处理，并量出体积，随后放入75%相对湿度的保湿箱中5周，再量出体积＜由绝干及调湿的体积求出：
计算结果见表2
表2
木材处理前后的抗膨胀性
射唱含fft/%ASEf抗膨胀率｝网
0-15
9J21.5
25726.4
由表2可以看出：
用纳米硅丙涂料处理后的木材抗膨胀率可提高
36.5%~41.4%。
而树脂含量达到10%左右就可以起到相当大的作用
1.1.2不同涂料对木材吸湿放湿呼吸性的影响试验
木材：
杉木。
涂料：
三聚氰胺醇酸涂料，纳米硅丙涂料
涂装方法：
浸渍干燥，工艺条件同1.1.1
将涂装和未涂装的样板分别放入相对湿度65%和100%的潮湿箱中，试验条件：
65%湿度/1d，100%湿度/1d为1个周期；同样100%湿度/1d，65%湿度/1d为1个周期，共进行了8d试验，绘出吸湿放湿图，见图1。
（65%fl度1d=±100%屋度1d）
图1不同涂料对木材吸湿放湿呼吸性的影响
从图1中可以看出：
用纳米硅丙涂料处理的杉木和未涂装时一样保持呼吸性，这就是有机硅具有透气性的缘故。
而用三聚氰胺醇酸涂料处理的杉木基本失去了呼吸性。
1.1.3含有5%纳米氧化锌（VK-J30）的硅丙涂料的抗菌防白蚁效果
按JISZ2911各项规定试验。
抗菌试验结果见表3，室内防白蚁试验结
果见表4。
表3抗菌试验结果
供试验菌种
树种
材脂含量/
平均残留率呼
标准偏差
变动
%
%
系数
裁色琏球荊
杉木
9.5
2.8
2.9
1M
无
55.3
5,4
23
大肠杆菌
布纳木
9.7
2.6
2.5
96
无
313
4」
13
表4室内防白蚁试验结果
树弗含■秋皿死虫率/嗚质就滋少率悠
平均
平览
0.5
0-3,2
2,6
0
22
2L8
廿料：
杉本
1.2提高户外用建筑木材耐候性的纳米涂料
1.2.1供实验用的涂料
底漆主要成膜材料：
水性脂肪族聚氨酯（含有不同于上节所述的纳米硅丙树脂）。
面漆主要成膜材料：
溶剂型脂肪族聚氨酯和溶剂型氟碳涂料。
底、面漆中的纳米二氧化钛（VK-T25）（MT100HD平均粒径15nm）
不同的添加量，以及底、面漆配套情况见表5。
表5耐候性纳米涂料的组成及配套情况
底漆
面
漆
水性聚氮酯树脂
脂肪族聚氨
鼠碳树脂
纳米二氧化钛确丙汎液
纳米二虫化诙添加呈/份
添加量丿份
0
15
02
00
11-（）15-0
UM）F2-0
5
—
——
FO-O/1'5一
to
-
--
F0-0/PK）-
2（）
1
_——
HMVP20一
20
r
——
心2e
20
-
——
^0-2/1>20-
供实验的木材：
夹竹木、衫木、非洲夹竹木、扁柏木。
将木材表面用320号砂皮打磨，底漆涂布量为80~100g/m2，在70°C远红外炉中烘10min。
底漆干燥后用320号砂皮打磨后刷涂面漆，
涂布量80~100g/m2，在20~25C，相对湿度65%~70%下自然干燥48h，再供试验。
加速耐候性试验机为日本阿特拉斯株式会社制造的CI35A型机器，其中紫外灯波长340nm，功率0.35W/m2，黑板的温度（63±0.5厂C,每照射120min后喷水雾18min，连续照射3000h，按340nm紫外线照射100h计，平均辐射强度为123kJ/m2。
涂膜的色差用日本米诺罗达公司制造的CR-200型测色计测定，照射前后
的变化量AL*、Aa*、Ab*以及色差4E*由下式计算：
△E*ab=[（AL*）2+（Aa*）2+（Ab*）2]1/2
光泽用日本米诺罗达公司制造的GM-060型光泽仪测定。
涂膜缺陷用目测涂膜是否开裂、剥落、污染，并用面积的百分比来评定。
1.2.3添加纳米二氧化钛（VK-T25）和硅丙树脂对涂膜的影响
表6中列出了4种底、面漆涂覆在木材上的色
AL
△屮
Ab*
AE*ab
GK
11-0
L7
-LK
-1.7
3,0
154
L6
-124
t2.5
0,96
5.5
L05
卜0-2
5.9
-3.0
74
7,9
L01
在表6中，编号U1-0、U5-0、F2-0、F0-2的涂料由于在面漆
或底漆中加入了纳米二氧化钛（VK-T25），所以耐候性较好。
特别是U5-0，
尽管加入了5份纳米二氧化钛（VK-T25），但涂膜仍是高透明的，光泽变化小,最大仅5%。
底、面复合漆膜的划格附着力均为1级。
说明添加纳米二氧化
钛（VK-T25）不影响涂料的附着力。
1.2.4
添加纳米二氧化钛（VK-T25）的涂料的加速耐候性效果
图2给出了添加和不添加纳米二氧化钛（VK-T25）的聚氨酯涂料涂布木材的加速耐候性试验的色差变化。
I—IKM）;2—I11-0;3—15-0
图2纳米二氧化钛（VK-T25）添加后涂料的人工耐候性
由图2可见：
未添加纳米二氧化钛（VK-T25）的涂料（U0-0），在照
射500h后，色差急剧增加，随后加速变慢。
添加1份纳米二氧化钛（VK-T25）的面漆（U1-0），色差的变化情况和U0-0相差不大。
而添加5份纳米TiO
2的涂料（U5-0）经3000h照射后，色差是未添加涂料的1/2。
1.2.5纳米二氧化钛（VK-T25）和硅丙树脂复合添加的涂膜的户外耐候性试验结果
涂料中纳米二氧化钛（VK-T25）和硅丙树脂复合添加后的户外耐候性见图
3。
从图3中可以看出：
色差变化最小的是F0-0/P20组，即底漆中不含纳米二氧化钛（VK-T25），而添加了20份硅丙树脂；色差最大的是F0-0组，即底、面漆中均不添加纳米二氧化钛（VK-T25），两者相差约1倍。
90
0'111
010002000300（）
字绑时间/h
0I00020003000
暴鉢时间/h
1——F（D；2—F0-WP20；3——FO-2；4—F0-2/P20
图3涂料中纳米二氧化钛（VK-T25）和硅丙树脂复合添加后的户外耐候性
从保光性来看，在2200h内基本相同，而到了2500h后，F0-2和F0-2/P20相比要差15%左右。
说明底漆中添加了硅丙树脂后不影响保光性。
从漆膜缺陷度来看：
F0-2组最差，而底、面漆中均含有2份纳米二氧化钛（VK-T25）和底漆中含有20份硅丙树脂的F0-2/P20组的缺陷最小，
这是由于硅丙树脂起到减少木材尺寸变化的效果之故。
2纳米涂料在实木地板上的应用及性能
木地板以其高贵典雅、返朴归真、脚感舒适以及温馨、冬暖夏凉等特点，已成为人们首选的地面装饰材料，其市场呈上升趋势。
近几年来发展迅猛，不仅在国内畅销，而且已成为我国出口创汇的主要商品之一。
本公司研制并销售的PL牌聚氨酯型光固化涂料正大量应用于实木地板和多层实木复合地板中。
在这些涂料中，从腻子到面漆都应用了纳米技术。
2.1高透明腻子
传统的漆板生产工艺，用光固化底漆进行多道填充后才能把木板中的木纹和导管封闭，每上1道底漆，均需经过辊涂-光固化T打磨T吸尘4个过程。
以粗木纹的橡木、水曲柳为例，需要4~5道底漆涂布，不仅耗时长，而且消耗漆量大，由于多次打磨，实际留在实木板上的仅是涂布量的60%~70%，而其中的25%~30％被打磨成粉而损失了，这是其一。
其二是多道打磨消耗电力、砂布和人力。
由于底漆配方组分中不少是普通的体质填料，有一定的遮盖率，多道涂布后严重影响漆膜的透明性和木纹的清晰度。
本公司用纳米级粉体制成高透明腻子，运用了纳米粉体透光性和触变性强的特点，在木材填充过程中同样作辊涂，每道光固化后不用打磨。
同样以粗木纹的橡木、水曲柳为例，只要涂布2~3道就可以完成底材的填充。
漆膜高度透明、木纹显凸美观。
其性能和经济测算见表7
表7UV透明腻子和UV底漆性能及加工费用比较
项B
IV透明腻子
LV底漆
外观
无色透明胶体
来黄色半透明液体
透光率/久
95
65
需要填充道数
3
4
需要打磨道数
1
4
砂带消耗童
1根/200n?
1根/50bf
价格"元-kp_l'
46
29
涂料费用元5小
2.76（60g）
2J2（KOg）
砂带费用元佔）
OtO75
0J0
人「.费用元-）
0.06
0J8
电费"元'm'2）
o.os
0J6
费用仑计元pL）
2.975
2.96
每班加工£/m2
2000
1400
从表7可以看出：
透明腻子的价格是底漆的1.586倍，但由于它的利用率高，而其它费用低，总费用基本相同，且质量有很大提高，劳动生产率提高了42.8%。
2.2高耐磨、耐刮面漆
2.2.1经化学修饰的a-三氧化二铝（VK-L30）填料一解决漆板黑鞋
印的问题
为了提高面漆耐磨性，在面漆组分中常使用a-三氧化二铝（VK-L30）
作为填料。
从晶相来看，a-三氧化二铝（VK-L30）是无定形的，常带有尖角，它的莫氏硬度很高（达到7），会把鞋底磨掉而留下痕迹，使地板变得肮脏，这就是令人烦恼的黑鞋印问题。
我们将a-三氧化二铝（VK-L30）用溶液溶
胶法制得的纳米二氧化硅（VK-SP30）化学修饰后，a-三氧化二铝（VK-L30）的表面包覆了一层莫氏硬度达到6.5的二氧化硅（VK-SP30），成了椭圆形的状态，在不影响涂料耐磨性的情况下，涂料的抗污性有了很大的提高（表8）0
表8处理前后的a-三氧化二铝（VK-L30）的性能
项H
处理舸
处理麻
奠氏强度
7
6.5
75
79
皓水性
无
有
耐磨性卓
0.09g/l（X）r
0.08g/I0（）r
注：
叵用实花地皈悴殆（GRfr（5016.2—20（n丨期定.用出0
flAP3砂布钻砒在椽眩轮上诃讦刚试
由这种纳米二氧化硅（VK-SP30）硅溶胶进行化学修饰的a-三氧化二铝（VK-L30）表面除包覆了一层坚硬的二氧化硅（VK-SP30）夕卜，还带有含丙烯酰氧层的聚硅氧烷。
它在UV光固化时可以和主要成膜材料一起交联，使有机、无机物之间的界面以化学键相连接。
有机聚硅氧烷有着滑爽、防粘和防水等功能，因此大大提高了UV漆膜的抗污染性能。
222有机-无机杂化体系一—¥决UV漆的耐刮性
出口到欧美的漆板还要求漆膜通过耐刮性试验。
漆膜耐刮性由漆膜表面硬度、滑爽性、附着力等诸多因素决定。
有些高交联度的UV漆膜，具有5~6H的硬度，呈现了很高的机械耐磨性。
例如，在UV漆组成中采用季戊四醇三丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯，但往往会造成漆料粘度急剧增大、附着力下降的问题，因此漆膜仍不耐刮。
我们将季戊四醇三丙烯酸酯和含有丙烯酰基、烷氧烷基的纳米硅溶胶组成预反应物，有效地解决了漆膜耐刮性的难题。
2.3功能性UV地板漆
2.3.1抗菌防霉型UV漆
在UV面漆中添加吸附气相二氧化硅（VK-SP30）的纳米级银系物，用于木地板的涂装，起到抗菌防霉作用。
2.3.2能发生负离子和自洁作用的UV漆
用光触媒的纳米二氧化钛（VK-jr05）和天然稀土类矿石共混后用于UV面漆，在紫外线和可见光下能释放出负离子，达到抗菌消臭效果（表9）。
表9除臭效果
项目
3h后去除率
24h后去除率
甲醛
83
氨水
83
94
60
91
注:
探值为100".
2.3.3阻燃型UV面漆
从2002年起，出口到欧洲和北美的漆板，需要进行可燃性检测，通过ISO11925—2和9239—1标准。
一般无任何耐火处理的木地板很难进入这些
地区的市场。
将纳米氢氧化铝加入耐磨底漆中，当用量达到5份以上，可以起到阻燃作用。
用层离纳米复合材料和嵌入纳米复合材料的方法，能合理地将聚合物和无机物结合在一起，利用这种阻燃新技术可以有效地克服传统阻燃剂添加后机械强度下降等问题。
纳米技术才刚初露锋芒，其应用价值还有待进一步开发，我们的研发工作尚处于起步阶段。
纳米涂料在建材上的应用前景相当广阔，我们愿和大家一起为发展我国的绿色建材事业作出一份贡献。
升级会员 