涂料文集
纳米材料在水性涂料中的应用
摘 要 : 综述了目前国内外纳米粉体在水性涂料中的分散技术 , 介绍了对纳米粉体进行修饰和表面包覆改性方面的研究情况 , 分析了目前研究中存在的问题及发展趋势。
关键词 : 水性涂料 ; 纳米材料 ; 表面改性 ; 环保 ; 应用
0 引 言
纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊的性质 , 加入到涂料中可提高涂料的耐冲击、耐老化、耐腐蚀、抗紫外线等性能 , 并可以获得一些新的特殊功能如自清洁、抗静电、阻燃等 [ 1 ] 。因此 , 纳米复合涂料的开发和应用受到了人们的重视。
纳米材料在涂料中的应用大体上可分为两大类 , 一类是应用于油性涂料中 , 称之为溶剂型纳米涂料 ; 另一类是应用于水性涂料中 , 称之为水性纳米涂料。前者具有耐化学品性、耐水性、涂膜附着力好、耐磨且保色性好等优点。但最大的缺点是含有机溶剂或有毒原料 , 在生产和施工使用过程中会造成环境污染和人体伤害。后者除具有前者的优点之外还具有无毒、无污染 , 成本低等优点 [ 2 ] , 在环境问题日益严重的今天 , 具有环保性能的水性纳米涂料的研制和应用毫无疑问地成为了人们研究的热点。
1 应用研究概况
目前 , 纳米材料在水性涂料中的应用形式主要有两种 : 一种是原位聚合法 , 另一种是共混法。所谓原位聚合法就是将纳米粒子与涂料中组成基体树脂的单体混合均匀后 , 在适当条件下引发单体聚合而成为水性纳米涂料 ; 共混法则是将组成涂料的基体树脂与纳米粒子直接混合而形成水性纳米涂料。国内外对水性纳米涂料的研究主要通过以下几种途径。
1. 1 直接添加纳米粉体作为涂料的增强材料
在水性纳米涂料研制与开发的热潮中 , 起初人们普遍采用直接使用纳米粉体作为涂料的添加剂 , 然后利用机械方法进行分散的常规制备技术。
王雪松 , 等 [ 3 ] 利用导静电纳米金属氧化物颗粒 , 以水为分散介质 , 选用不同分散助剂和研磨工艺 , 制备了纳米级导静电水分散浆料。陈新州 [ 4 ] 利用纳米材料作增强剂 , 用基料、体质颜料、助剂和去离子水研制了一种具有独特的光催化功能和自洁功能的水性复合型纳米涂料。曾玉燕 [ 5 ] 通过实验表明在水性体系中 , 采用六偏磷酸钠作为表面活性剂可以明显提高纳米 TiO 2 在水溶液中的分散性能 , 且 TiO 2 粉体浓度低时 , 粒子表面吸附的分散剂较多 , 悬浮液体系稳定性较高。李锡凯 , 等 [ 6 ] 选用 D - M 纯丙乳液 , 在外墙涂料中加入纳米级 TiO 2 、 SiO 2 等粒子 , 提高了涂料的耐沾污能力。黄桂平 [ 7 ] 在涂料中加入纳米级材料及成膜助剂等 , 通过高速搅拌 , 制得了一种提高了韧性、耐老化、防水等性能的环保型外墙纳米涂料。李昌龙 [ 8 ] 研发了一种水溶性的环保纳米涂料 , 原材料主要采用了纳米材料 , 由纳米填料、纳米杀菌剂、纳米颜料配制而成 , 具有超强自洁、防菌、可有效降解室内有害物质等功能。
尽管纳米粉体分散到涂料中可以提高涂料的某些特性 , 但使用常规的机械分散方式制备的水性纳米涂料难以保证纳米粉体分散的有效性 ; 更无法抑制已分散的纳米微粒的二次自聚集现象。因为在水性介质中 , 纳米粉体高的表面能和比表面积能强烈吸附水性介质 , 反应生成 R — OH 基结构 , 使得粉体间的相互作用力和粉体的表面活性增强。况且 , R — OH 基间易发生聚合反应或生成新的连接物 , 导致了纳米粉体极易产生团聚 , 不易分散 , 而常用的脂肪醇、胺、脂肪酸、硅氧烷等改性剂都不适合在水性介质中使用。所以 , 如何选用适当的表面活性剂 , 使纳米粉体能更有效地分 __ 散在水性介质中成为摆在人们面前的重要研究课题。
1. 2 对纳米粉体进行修饰和表面包裹改性
为了使纳米粉体能很好地分散在水性介质中 , 而且具有长期稳定性 , 即在长期的贮存过程中不发生二次自聚集现象 , 人们又着手研究纳米粉体的改性问题。国内外学者在纳米粉体改性方面做了大量的工作 , 主要是加入分散剂和表面包裹剂对其表面进行修饰改性。
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