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涂料技术

研究水性无机光催化涂料的制备及性能

时间:2011-07-25 09:29:29 来源: 作者:聪聪点击:次

随着工业技术的发展，环境污染越来越严重，对公众健康引起不同程度的损害[1-3]。所以，环境空气污染物的去除已成为大气污染研究的热点。研究表明，TiO2光催化技术在环境污染物治理方面有着良好的应用前景，光催化剂在光照作用下能使有机物或无机污染物发生氧化还原反应，生成H2O、CO2、盐等达到无害化，从而净化环境[4-5]。光催化剂多用TiO2，而以锐钛型为最好，且其具有化学稳定性好、无毒、价廉易得等特点，是理想的光催化剂[6]。将光催化剂与涂层材料相结合，制备具有光催化效果的涂料，涂装于道路栏杆和其他建筑上，将是以后的应用方向，从环保观点出发，水性无机涂料的应用是今后的研究方向。水性无机涂料以水为分散介质，具有无毒、无味、不含有VOC和其他有机物质、施工方便、原材料资源丰富、价格较低等一系列的优点[7-9]。所以将光催化剂加入到水性无机涂料中制备光催化涂料，将会获得很高的工业价值。但是水性无机涂料最大的缺点是耐水性和粘结力较差，这些缺点阻碍了它的广泛应用[10-11]。本文在解决水性无机涂料耐水性和粘结力差的基础上，将自制的TiO2光催化剂应用到水性无机涂料中，制备出性能优良的环保型水性无机光催化涂料。

1试验部分

1.1试验原料及设备(见表1)

表1原料

1.2光催化涂料的配制

按如下配比称取原料（质量分数）：无机粘结料20%～40%，填料15%～35%，分散剂六偏磷酸钠0.5%～1%，固化剂6%～8%，一定量的自制的纳米TiO2分散浆，其余为水。将上述原料混合，在高速搅拌下混合均匀，在搅拌的条件下，最后加入一定量的固化剂，并高速搅拌30min，混合均匀，涂料在4h内使用。

1.3涂料性能检测

1.3.1耐水(酸）性测试

将配制好的涂料涂布于石棉板的表面，经7d养护后，将试件浸入到去离子水中(2%的HCl溶液)，调节水温为(23±2)℃，并在整个试验过程中保持该温度不变。将3块板放入其中，并使每块板的2/3浸泡于水中。

1.3.2耐擦洗性能

湿擦：用100μm线棒在石棉板上进行两次涂布，经过7d养护后，将试件插入固定的工作台上，用鬃刷来回刷洗试件，同时注入少量的水，记下总共洗刷次数。

表2仪器设备

1.3.3其他性能测试

粘结强度测试方法参照JG/T3049-1998的状态标准下进行粘结强度的试验。涂膜耐擦洗性测试参照涂膜耐摩擦性测定法GB1768??79的状态标准下进行涂膜耐磨性的测试。涂膜硬度测试方法参照GB/T6739-1996的标准进行测试涂膜的硬度。冷热循环试验参照GB/9154-88标准进行涂料涂层耐冷热循环性能测试。

1.4光催化试验

利用涂膜对气态污染物二氧化氮的降解进行表征。将上述制备的涂料取100g平铺于30cm×15cm的试板上，涂层不透明，涂膜养护48h后可进行测试。反应装置主要由密闭气箱、二氧化氮检测器和紫外灯组成。密闭气箱为石英玻璃反应器45cm×25cm×15cm，其中一面可以装卸，并通过一个液封装置与其余部分结合起来。光源是主波段为365nm的18W紫外灯。二氧化氮检测器可以持续检测二氧化氮的浓度。容器中二氧化氮的初始浓度为9.3mg/m3，检测器持续检测二氧化氮气体在100min内的光降解情况。

2结果与讨论

2.1高性能水性无机涂料的制备

2.1.1无机粘结料含量对水性涂料性能的影响

无机粘结料是涂料中的主要成膜物质，其含量对水性无机涂料的性能有一定的影响，图1是无机粘结料含量对涂料耐水性和粘结力的影响，a曲线是粘结强度随粘结料含量变化的曲线，随着无机粘结料含量的增加(含量从20%增加到40%)，粘结强度从0.35MPa提高到了1.8MPa，涂料的粘结力随无机粘结料含量的增加而增加；b曲线是耐水性随无机粘结料含量的变化曲线，当无机粘结料含量是20%时，耐水性可达24h，而当其含量是40%时，耐水性降低到了2h，可见随着无机粘结料含量的增加，耐水性不断下降。一般来说，粘结强度与成膜物质的含量直接相关，成膜物质含量越多，粘结强度越大。但是水性无机涂料成膜后的表面有强烈吸水基团Si—O—Si以及游离的钠离子和氢氧根离子，Si—O—Si基团与水接触后，易发生水解反应，形成硅醇和硅氧烷基团，而钠离子和氢氧根离子极易溶于水，当涂料中无机粘结料含量越多时，裸露在涂料表面的强亲水基团就越多，涂料的耐水性就越差。所以在水性无机涂料中，无机粘结料的含量越多，涂料的粘结力增强而耐水性下降。为同时获得耐水性和粘结力都较好的涂料性能，无机粘结料的含量应选择在30%。