高品质的产品，越来越多人们要求，为了生产出高端的产品。我们对二氧化硅进行了改性：超细二氧化硅是一种带有表面羟基、分子呈三 位链状结构的无定型白色粉末 , 具有粒径小(< 100nm)、比表面积大(>100m2/ g)等特征 ,稳定性 、 补强性、增稠性和触变性优,广泛应用于橡胶 、涂料 、 医药 、造纸等诸多工业领域。作为一种功能性组分 , 超细二氧化硅加入到建筑涂料体系中, 可防止涂料 沉淀 ,增大涂料的贮藏稳定性 ,提高涂膜的强度及耐 候性。然而 ,由于其粒子具有极大的比表面积和较 高的表面能,极易发生团聚 ,形成 二次粒子, 从而失 去超细颗粒所具有的功能 。因此 , 要进行改性 , 才能使其均匀分散在涂料体系中 ,发挥其应有的作 用。本文从超细二氧化硅的 改性入手, 讨论其改性 原理、表面活性剂的选择和其在建筑涂料中的最佳 用量 。 1 实验 1 .1 主要原材料 超细二氧化硅, 气相法生产 , 表 面积 640 ±50m2/ g , 粒径 10 ±5nm , 摇实密度 < 0.15g/m3 , SiO2-x >99.9 %;金红石型钛白粉 、重 钙、煅烧高岭土 、湿法绢云母 , >800 目;硅丙 乳液及 各种助剂, 工业级;硅烷偶联剂 KH-560 、正丁醇 、乙 酸乙烯酯 ,化学纯。
超声波分散仪, 高速分 散机(GFJ-0 .4), 电热真空干燥箱(ZK072), 激光粒 度测试仪(JL-1155), 反射率测定仪(C84-II)及建筑 涂料用耐擦洗仪 。 实验过程 1 .3 .1 超细二氧化硅改性 :用 0.01 %天平准确称 取超细二氧化硅质量 1 %～ 2 %的表活剂, 用 10 ～ 30 倍水稀释, 调节 pH 值为 7 ～ 9 , 超声波分散 3 ～ 5min 。再加入一定量的超细二氧化硅 , <200r/min 搅拌 10min , 使其 充分润湿 。然后 升温至 80 ～ 100 ℃, >5000r/min 高速剪切分散 30min , 最后冷却 至室温, 即得颗粒表面包覆表活剂的超细二氧化硅 溶胶。 1 .3 .2 建筑涂料试样制备:按配方, 称取适量的已 改性 的超细二氧化硅溶胶 、水、颜填料和分散剂, 低 速搅拌使其初步混合, 再通过球磨、高速剪切等法充 分分散,然后再低速搅拌依次加入乳液 、成膜 助剂、 消泡剂 、流平剂、增稠剂 ,制成建筑涂料试样。 1 .3 .3 性能检测 :①基本性能依据国家标准进行检 测 ;稳定性检测,取 50mL 按前述方法 制备的涂料试 样 ,注入 50mL 柱塞量筒中 ,置 60 ±1 ℃的恒温干燥 箱恒温 10 天 。之后,取出试样冷却到 25 ℃, 评价其 粘度、pH 值 、外观 、 涂料上方是否析出清水或颜料软 硬沉淀等变化(主要考察涂料上方是否析出清水)的 情况,分析涂料的贮存稳定性。 2 结果与讨论 2 .1 超细二氧化硅
改性原理 超细二氧化硅是以 Si 原子为中心 、以 O 原子为顶点 ,所形成的四面体 不规则堆积而成的一种无定形结构[ 3] , 颗粒尺寸 小 ,具有很大 的比表面积和表面原子数 。随其颗粒 表面原子数的增多 ,表面原子配位不足,具有很高的 活性[ 4] ,易与空气中的水反应生成表面羟基 , 导致 其表 面极性与整个涂料体系不相匹配 。同时由于颗 粒表面能较大,在使用过程中极易团聚、形成二次粒 子 ,从而失去其所具有的特殊功能。 对超细二氧 化硅进行改性, 一是降低其表面极 性 ,使其与整个涂料体系相适应.
容性;添加表活剂使其颗粒周围形成一层包覆 膜,降低颗粒表面能 ,产生空间位阻 ,阻止其絮凝。 2 .2 表面活性剂对涂料性能的影响 一般只要能 够与表面 硅羟基发生化学反应的易挥发的表活剂 , 均可用来对超细二氧化硅进行改性。但不同表活 剂,对涂料性能的影响各不相同 。本文选用三种表 活剂(硅 烷偶联剂 KH-560 、正丁醇 、乙酸乙烯酯)对 超细二氧化硅进行改性, 并按前法制成建筑涂料试 样,以贮藏稳定性、耐候性 、耐沾污性、和耐洗刷性 为 主要考察指标, 检测结果见表 1 。 表 1 三种表面活性剂对涂料性能的影响 表面活性剂 耐沾污性 % 耐洗刷性 次 耐候性 (600h 粉化)/ 级 稳定 性 析水量/ mL 硅烷偶联剂 .
超细二氧化硅加入量对涂料性能的影响 从图 1 可看出 ,涂料的耐候性、耐沾污性和耐洗 刷性随超细二氧化硅加入量的增大, 呈先增大后减 小的趋 势。这是由于改性超细二氧化硅表面张力和 表面能下降 ,能均匀分散在涂料体系中。成膜后 ,二 氧化硅粒子填充在涂膜空隙中, 改善了颜填料粒子 与乳液粒子间的界面结合性能, 提高了涂层的致密 性 ,保护涂膜 、防止老化。但用量过多, 超细二氧化 硅不能均匀分散, 成膜后大量粒子暴露在涂 膜表面。 因粒子是无定型结构, 表面具有很多介孔 ,粉尘进入 这些介孔从而影响涂料的性能 。从图 1 还可看出, 析水量(稳定性)基本随超细二氧化 硅加入量的增加 逐渐递减 。究其原因 , 是超细二氧化硅粒子表面带 有羟基 ,在涂料体系中羟基彼此以氢键结合,形成空 间网状结构 ,增强了粒子间 的空间位阻力 ,减小了相 互碰撞几率, 阻止其絮凝 。随着超细二氧化硅加入 量的增大,网状结构增强, 空间位阻力加大 ,碰撞几 率减小 ,絮凝的可 能性减小 ,稳定性提高。超细二氧 化硅的加入量,宜为 2 .5 %左右 。 3 结论纳米组分必须进行改性预处理 ,使其与涂料体 系相容, 才能发挥其特殊 的效应 。表活剂中, 以 KH-560 对超细二氧化硅的改性效果较优 。随着超 细二氧化硅的加入量的增加 ,涂料的性能逐渐提高。 当加入量达 2 .5 % 左右时 ,涂料性能最佳 。随后 ,随 加入量增大 ,涂料性能变次 。
