摻雜納米SiO2建筑涂料的制備及性能研究

李靜宇，王　培

(衡水學(xué)院　化工學(xué)院，河北　衡水 053000)

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摻雜納米SiO2建筑涂料的制備及性能研究

李靜宇，王培

(衡水學(xué)院化工學(xué)院，河北衡水 053000)

摘要：以自制的納米SiO2為功能性組分，制備納米SiO2改性涂料，并對(duì)其保溫隔熱性、附著力、耐堿性等進(jìn)行了研究．通過(guò)測(cè)試，納米SiO2的添加量為2 %時(shí)，涂料的保溫隔熱性、附著力、耐堿性等綜合性能最佳．

關(guān)鍵詞：納米二氧化硅；涂料；保溫隔熱；附著力；耐堿性

王培(1983-)，女，河北安平人，衡水學(xué)院化工學(xué)院講師，理學(xué)碩士.

0　前言

隨著煤、石油等一次能源的日益枯竭，如何節(jié)能成為整個(gè)社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．在涂料領(lǐng)域，人們已不僅僅使用涂料的保護(hù)、裝飾等傳統(tǒng)用途，防蚊蠅、防霉變、耐輻射、保溫隔熱等眾多新型功能涂料越來(lái)越受到人們的重視[1]．

納米SiO2為無(wú)定型白色粉末，是一種無(wú)污染、無(wú)毒、無(wú)味的非金屬材料．納米SiO2具有小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和卓越的電、熱、光、磁、力、吸收、放射等特殊性能，以及在高溫下仍具有高韌性、高強(qiáng)度、穩(wěn)定性好等特性[2]．此外，納米SiO2還具有較強(qiáng)的紫外和紅外反射特性[3]，將其添加到建筑涂料中，能對(duì)涂料形成屏蔽作用，能夠阻止建筑物外部的紅外線進(jìn)入建筑物內(nèi)部，同時(shí)也能夠阻止建筑物內(nèi)部的紅外線散射到建筑物外部，從而使涂料具有良好的保持建筑物內(nèi)部溫度的能力，從而達(dá)到節(jié)能的效果．

1　納米SiO2的制備

1.1實(shí)驗(yàn)試劑

正硅酸四乙酯，分析純，上?；瘜W(xué)試劑五聯(lián)化工廠；無(wú)水乙醇，分析純，無(wú)錫市展塑化工試劑有限公司；去離子水，自制；氨水，分析純，濟(jì)寧匯德化工有限公司．

1.2制備過(guò)程

1) 將正硅酸四乙酯、無(wú)水乙醇、去離子水按體積比1∶2∶2混合．2) 將溶液升溫至70 ℃攪拌1 h．3) 往溶液中逐滴加入氨水至pH為8 ～ 9，繼續(xù)攪拌1 h小時(shí)溶液成乳白色溶膠．4) 將溶膠放置在空氣中陳化一周，然后干燥數(shù)小時(shí)形成干凝膠．5) 將干凝膠研磨成粉，經(jīng)馬弗爐600 ℃焙燒1.5 h，得到納米SiO2粉末[4]．

2　保溫隔熱涂料的制備

2.1原材料及配比(見(jiàn)表1)

表1　保溫隔熱涂料的原材料及配比

2.2制備過(guò)程

按表1配比，將表面活性劑分散到水中并攪拌均勻，加入納米SiO2，超聲分散15 min后，用磨砂機(jī)研磨至細(xì)度小于40 μm，得到所需漿料，然后往漿料中加入醇酸樹脂，攪拌均勻即得到所需樣品．

3　測(cè)試

3.1 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定

將樣品制成200 mm × 200 mm × 15 mm的測(cè)試件，用PDR-300型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀(沈陽(yáng)鑫合經(jīng)緯機(jī)械電子設(shè)備有限公司)測(cè)定其導(dǎo)熱系數(shù)．

3.2涂膜附著力測(cè)試

涂膜附著力按照國(guó)標(biāo)G/B 9286-1998進(jìn)行測(cè)試．

3.3涂膜耐堿性測(cè)試

涂膜耐堿性按照國(guó)標(biāo)G/B 9274-1988進(jìn)行測(cè)試．

3.4涂膜耐水性測(cè)試

涂膜耐水性按照國(guó)標(biāo)GB/T1733-93進(jìn)行測(cè)試．

3.5涂膜耐擦洗性測(cè)試

用5 %肥皂水在耐擦洗儀上進(jìn)行測(cè)試．

4　結(jié)果與討論

4.1導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果分析

按照表1中的原材料及配比共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果整理成表2．

表2　保溫隔熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果

由表2可以看出，由于納米SiO2有較強(qiáng)的紅外反射能力，隨其用量的增加，涂料的導(dǎo)熱系數(shù)隨之減小，當(dāng)納米SiO2用量為2 g時(shí)，涂料的導(dǎo)熱系數(shù)最小，但隨著納米SiO2用量的繼續(xù)增加，涂料的導(dǎo)熱系數(shù)有變大的趨勢(shì)．這可能是因?yàn)榧{米SiO2的用量增加到一定程度后，納米SiO2的保溫隔熱性便達(dá)到了一定極限[5]．綜合考慮，當(dāng)納米SiO2的添加量為2 g時(shí)，涂膜的導(dǎo)熱系數(shù)最小．

4.2涂膜附著力結(jié)果分析

按照表1中的原材料及配比共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的涂膜附著力測(cè)試結(jié)果整理成表3．

表3　涂膜附著力測(cè)試結(jié)果

由表3可以看出，隨納米SiO2的用量增加，涂膜的附著力隨之增強(qiáng)，當(dāng)納米SiO2用量為2 ～ 3 g時(shí)，涂膜的附著力為0級(jí)最好，但隨著納米SiO2用量的繼續(xù)增加，涂膜的附著力隨之減?。{米材料具有的小尺寸效應(yīng)和表面界面效應(yīng)，納米SiO2粒子表面含有大量羥基等極性基團(tuán)，其添加到涂料體系中后，極易與含氧極性鍵發(fā)生鍵合作用，增強(qiáng)了分子間的結(jié)合力及涂膜與基體間的結(jié)合強(qiáng)度．另外，納米SiO2的加入可減輕涂層固化時(shí)的體積收縮，從而改善涂層與基體間的附著力．隨著納米SiO2添加量增大到一定程度時(shí)，納米粒子在有機(jī)相中相對(duì)均勻的分布狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致涂層自身強(qiáng)度及附著力下降[6]．

4.3涂膜耐堿性結(jié)果分析

按照表1中的原材料及配比共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的涂膜耐堿性測(cè)試結(jié)果整理成表4．

表4　涂膜耐堿性測(cè)試結(jié)果

由表4可以看出，隨納米SiO2的用量增加，涂膜的耐堿性隨之增強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，納米SiO2用量為2 ～ 3 g時(shí)，涂膜的耐堿性為1級(jí)良好．這可能是因?yàn)榧{米SiO2在涂料中均勻分散，納米SiO2粒子好像許多個(gè)凝聚點(diǎn)，使得涂膜固化后更加致密，阻擋了堿液中氫氧根離子的侵入，從而提高了涂膜的耐堿性[7]．

4.4涂膜耐水性結(jié)果分析

按照表1中的原材料及配比共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的涂膜耐水性測(cè)試結(jié)果整理成表5．

表5　涂膜耐水性測(cè)試結(jié)果

由表5可以看出，隨納米SiO2的用量增加，涂膜的耐水性隨之增強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，納米SiO2用量為2 ～ 3 g時(shí)，涂膜的耐水性最好．這可能是因?yàn)榧{米SiO2在涂料中均勻分散，使得固化后的涂膜更加致密，阻擋了水分子的侵入，從而提高了涂膜的耐水性．

4.5涂膜耐擦洗性結(jié)果分析

按照表1中的原材料及配比共制備了5組樣品，現(xiàn)將各組樣品的涂膜耐擦洗性測(cè)試結(jié)果整理成表6．

表6　涂膜耐水性測(cè)試結(jié)果

由表6可以看出，隨納米SiO2的用量增加，涂膜的耐擦洗性隨之增強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，納米SiO2用量為2 ～ 3 g時(shí)，涂膜的耐擦洗性最好．這可能是因?yàn)椋?) 涂膜更加致密；2) 納米SiO2本身具有良好的潤(rùn)滑性，其在涂料中均勻分散，降低了涂膜的摩擦系數(shù)，從而提高了涂膜的耐擦洗性．

5　結(jié)語(yǔ)

1) 納米SiO2的加入能夠提高建筑涂料的保溫隔熱性能，添加量為2 g / 100 g樹脂時(shí)，涂料的保溫隔熱性能最佳．

2) 納米SiO2的加入能夠提高涂膜的耐堿性和附著力，添加量為2 ～ 3 g / 100 g樹脂時(shí)，涂料的耐堿性和附著力最佳．3) 納米SiO2的加入能夠提高涂膜的耐水性，添加量為2 ～ 3 g / 100 g樹脂時(shí)，涂料的耐水性最佳．4) 納米SiO2的加入能夠提高涂膜的耐擦洗性，添加量為2 ～ 3 g / 100 g樹脂時(shí)，涂料的耐擦洗性最佳．5) 綜合所述，納米SiO2的添加量為2 g/100 g樹脂時(shí)，涂料的保溫隔熱等綜合性能最佳．

6) 摻雜納米SiO2的建筑涂料是一種新型的保溫隔熱涂料，能夠滿足應(yīng)用的要求，在節(jié)能減排方面能夠起到一定的積極作用．

參考文獻(xiàn)：

[1] 康永.功能性涂料的研究進(jìn)展[J].上海涂料,2011,49(6):36-38.

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[3] 張翠,張洋,孫妍,等.納米二氧化硅對(duì)涂料的改性研究現(xiàn)狀[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備, 2013,41(8):16-21.

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[6] 董魯艷,殷詠梅,許紅.納米TiO2對(duì)涂料性能的影響[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2007,10(6):8-9.

[7] 徐世前.納米材料復(fù)合外墻乳膠漆的制備及性能研究[J].涂料工業(yè),2005,35(4):55-57.

(責(zé)任編校：李建明英文校對(duì)：李玉玲)

Studies on the Properties of Building Coatings With Nano-SiO2

LI Jingyu, WANG Pei
(Department of Applied Chemistry, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Abstract:A nano-SiO2modified coating are prepared with self-made SiO2as functional component and its performance of heat insulation, adhesive and anti-alkali property are studied. The experiment results show that when the added amount of nano-SiO2is 2%, the properties such as heat insulation, adhesive and anti-alkali property are the best.

Key words:nano-SiO2; coating; heat insulation; adhesive property; anti-alkali property

作者簡(jiǎn)介：李靜宇(1981-)，男，河北武邑人，衡水學(xué)院化工學(xué)院講師，理學(xué)碩士；

收稿日期：2015-09-21

中圖分類號(hào)：O636

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-2065(2016)01-0015-04