表面修饰二氧化硅在涂料中的消光性能研究

发布时间：2020-04-15 09:37

【摘要】：由于光环境污染及人们审美观念的改变,低光泽度涂料在市场上所占份额逐年增加。二氧化硅以其优异的消光性能与化学稳定性成为涂料中应用广泛的消光剂。气相法二氧化硅在涂料基体中具有较好的分散性和优异的消光效果,但其制备条件苛刻、成本高。而普通沉淀法二氧化硅表面活性高且含有大量硅羟基,存在易团聚、与有机聚合物间相容性差等缺点。近年来,本课题组采用液相原位表面修饰技术制备出多种表面改性二氧化硅,在多种聚合物材料中具有良好的分散稳定性及良好的补强作用。本文研究了经表面改性二氧化硅对涂料的消光作用,并根据二氧化硅结构参数与消光性能之间的关系,进一步合成大孔容、高分散二氧化硅消光剂。具体研究内容包括以下三个部分:1、采用机械共混法将二氧化硅均匀分散至聚氨酯皮革涂饰剂中,制备哑光涂料。采用旋转粘度计、双槽刮板细度计、多角度光泽度仪、太阳膜测试仪等测试手段得出二氧化硅对涂料性能的影响,考察二氧化硅的吸油值、孔容等对涂料消光性能的影响规律。结果表明,吸油值和孔容的增加有助于提升二氧化硅的消光性能,其中DNS-3可将涂料的光泽从7.2降低至1.0;二氧化硅添加量的增加可在一定范围内提升消光性能,将DNS-3的添加量由1%增加至3%,涂层的消光率由52.8%增大至86.1%。探究SiO_2粒径(以D50数值表示)对涂料性能的影响,由于涂膜较薄,光泽度呈现随粒径减小而下降趋势,光泽度由17.7μm的3.5下降至4.9μm时的1.4。同时,对二氧化硅进行不同温度处理,探究对涂料性能影响较好的温度处理范围,得出200℃左右处理,可以进一步提高二氧化硅在涂料中的分散性,增加涂膜透明性。2、采用机械共混法将二氧化硅均匀分散至丙烯酸氨基烤漆中,制备低光泽涂料。探究二氧化硅添加量对消光剂消光性能的影响。实验结果表明,在一定范围内增加二氧化硅添加量可有效提升消光性能。在低添加量条件下DNS-3样品消光效果低于进口二氧化硅消光粉OK520,增加DNS-3添加量至4.5%及以上时,消光率达95.4%,消光效果与OK520相似,但在涂料透明性与粘度的影响优于OK520。将SiO_2的粒径分别(D50)控制为6.7μm、7.6μm、8.7μm、10.2μm、17.7μm,探究二氧化硅粒径对消光剂消光性能的影响。结果表明,涂层光泽度呈现随粒径增大而下降的趋势,D50为6.7μm时消光效果与OK520一致,且透明性更优,可以取代市售进口二氧化硅消光粉OK520。将二氧化硅在200℃高温下处理,在对其他性能无明显影响条件下,消光性能有所提升。3、采用沉淀法制备二氧化硅,在反应过程中加入带水剂,通过共沸蒸馏的方式得到大孔容、高分散二氧化硅消光剂S-XGJ,分别将粒径控制为5.9μm、6.9μm,采用机械共混方式加至以上两种涂料中制备哑光涂料。在皮革涂饰剂中S-XGJ效果与C803相当,在烤漆中的消光效果优于OK520。因此,制备的S-XGJ达到取代市售进口沉淀法二氧化硅消光粉C803与OK520的效果。
【图文】：

原理图,消光,原理图

当一束光线照射在光滑平整的表面上，光线将在与入射角相等的反射向发生镜面反射，对光线的反射能力较强，因此可以得到高光泽度表面。而当光线粗糙不平的表面上，则会向各个方向发生漫反射或散射现象，从而得到低光泽度表面此涂料的消光方法主要是使原本平整光滑的涂层表面变得凹凸不平，形成一定的粗，从而增加对光线的散射作用，降低涂层表面光泽度。降低涂层光泽度主要有以下途径：一种是加入无机颗粒状消光剂，在溶剂挥发，涂层变薄过程中凸出涂膜表面涂层表面凹凸不平，形成一定的粗糙度，减弱光的镜面反射作用[19; 20]；第二种是选有消光性能的聚合物作为涂料成膜物质或加入至其他涂料基体中，在表面形成一些颗粒或收缩程度不同的基体通过在溶剂挥发过程中发生分子卷曲，导致涂层表面不滑，从而改变光的反射作用，降低涂层光泽度[21-23]。第三种是对形成的涂膜进行喷砂蚀、热加工或溶剂腐蚀等方法，来破坏涂膜的光滑表面，得到一定的粗糙表面，，但工艺的增加会进一步增加成本，溶剂腐蚀还会对涂层的其他性能造成一定的负面影23; 24]。因此，前两种途径为主要的涂料消光方法，消光原理如图所示。

二氧化硅

图 2-1 二氧化硅的 TEM 图：（a）DNS-1；（b）DNS-2；（c）DNS-3；（d）DNS-4；（e）C803动比表面和孔体积分析仪测得二氧化硅吸附-脱附等温线及孔径分布2a 表示二氧化硅的氮气吸附-脱附等温线，该曲线均属于第 V 类型吸附均为多孔结构，所形成的孔属于颗粒的二次堆积形成的孔。由气体饱体积公式V = （表示材料的孔容、表示吸附质的密度、表示吸附量）可知吸附质为一定时， = 1时的吸附量越大，材料的孔容曲线，在相对压力为 1 时 DNS-3 所对应的曲线吸附量值最大，为 133中所对应的孔容最大，其次为 C803、DNS-2、DNS-4 和 DNS-1。图的孔径分布图，从图中也可得出，所选的二氧化硅内部均为多孔结构其中 DNS-3 的孔径较大，平均孔径为 30.4 nm，孔径分布较宽，主要范围[87]。其次是 C803，与 DNS-3 相比在 2-3 nm 间的孔隙较少，大量
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ637

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