纳米浆料对水性防腐隔热涂料性能的影响研究

　　1·3涂料制备
　　
　　将润湿剂、分散剂、消泡剂、防沉剂、防闪锈剂、防锈颜填料加入容器内,高速分散使细度小于40μm,然后将转速调至1000r/min,加入空心微珠,搅拌20min后调至500r/min以下,再加入成膜助剂、防冻剂、pH调节剂、乳液、流变助剂及增稠剂,充分混合均匀并调好黏度,过滤出料即得隔热防腐涂料。
　　
　　1·4性能测试及表征
　　
　　1.4.1常规性能测试
　　
　　把制得的涂料按照GB/T1727-1992制膜,常温干燥7天后按照相应国标测试各项指标,具体见表1。
　　
　　1.4.2隔热性能测试
　　
　　目前国内尚未设定统一的涂膜隔热能力测试标准,参照1976年美国军标MIL-E-46136提供的测试标准,并借鉴国内科研单位的测试方法[3-6],自制出了隔热测试仪对所制备的产品进行阻隔隔热能力测试,隔热测试仪如图1所示。

图1

    2结果与讨论
　　
　　2·1纳米氧化锆浆料对涂层影响的机理分析
　　
　　纳米氧化锆具备特殊的光学特性,对紫外长波、中波及红外线反射率高达85%以上。涂层干燥后,纳米粒子紧密填充涂层之间的空隙,形成完整的空气隔热层,并且其自身低导热系数能迫使热量在涂层中的传递时间变长,使得涂层也具有较低的导热系数,从而可以提高涂层的隔热性能。
　　
　　同时,纳米氧化锆表面严重配位不足、欠氧等特点,表现出极强的活性,易与高分子树脂乳液、颜填料表面的氧起键合作用,从而增强水性树脂高分子间的作用力,提高颜填料在树脂中的分散性;另一方面,纳米粒子的比表面积大和小尺寸效应,使其具有比一般颜填料更好的填充性和流动性,可以改善涂膜的自洁性,增强漆膜致密性,有效的阻止腐蚀介质对基材的侵蚀作用。并且纳米氧化锆特有的空间网状结构,表面存在大量不饱和残键和不同键合状态的羟基,可与涂料体系产生良好的亲和性,从而改善涂料的悬浮稳定性。
　　
　　2·2纳米氧化锆浆料粒径分布图
　　
　　纳米粒子能否在干燥漆膜中发挥作用以及发挥作用的大小,关键是看其能否在涂料制备过程中有效的分散。而纳米材料自身特性决定了不能把它的粉体直接添加到配方中,目前多采用将所选用的纳米粒子制备成纳米浆料,再把纳米浆料添加到配方中来制备纳米复合涂料,本实验选用的水性纳米氧化锆浆料(固含量25%左右)的粒径分布如图2所示。

图2 

    由图2可以看到,所选用的水性纳米氧化锆浆料大部分粒子存在状态为纳米级,平均粒径为60nm左右,180nm左右有一个小峰,说明里边有少量团聚体存在。
　　
　　2·3纳米氧化锆浆料对涂料隔热性能影响
　　
　　利用纳米氧化锆特殊的光学特性和低导热系数,把它作为隔热填料。使用自制的仿真涂层反射隔热测试仪,测定添加不同量的纳米氧化锆浆料(按固含)后涂料的隔热效果,其中纳米氧化锆的用量是按纳米氧化镐粉体质量占整个涂料体系的质量进行计算结果如图3所示。

图3 

    由图3可以看出,随着氧化锆含量增加,模腔内部温度随之下降,隔热性能越来越好,但继续添加浆料会引起纳米粒子的聚集,分散越来越困难,添加量为6‰时涂层模腔温度上升,隔热降温效果变差。说明随着纳米氧化锆含量的增加,由于纳米粒子的聚集作用,影响了反射颜填料的分布状态,使漆膜散射的比表面积减少,散射效率降低,故隔热效果逐渐变差。纳米氧化锆浆料的添加量为配方质量的4·5‰左右比较合适。
　　
　　2·4纳米氧化锆浆料对涂料耐沾污性能影响
　　
　　纳米粒子的小尺寸效应,使其具有比一般颜填料更好的填充性和流动性,可以改善涂膜的自洁性。添加不同量的纳米氧化锆浆料对涂层耐沾污性(5次循环)反射系数下降率(%)的影响,如图4所示。

图4 

    由图4知,在添加量较少时,纳米粒子还不足以对基料以及颜填料之间产生的空隙进行有效的填充,对漆膜的平整度只有一定的提高,耐沾污性效果还不是特别明显;添加适量的纳米氧化锆浆料后使得到的漆膜基料和颜填料之间紧密相连,漆膜更加致密、坚实,可减少大气灰尘的吸附,提高涂料的耐沾污性;当添加量超过一定值后,部分纳米粒子之间发生团聚,不仅会影响其自身填充性和流动性,还会影响基料和其它颜填料在漆膜中的分布状态,导致漆膜致密性下降。当纳米氧化锆浆料添加量为4·5‰时,涂层的耐沾污性能较好。
　　
　　2·5纳米浆料添加量对涂层防腐性能的影响
　　
　　涂膜的防腐性能与漆膜的致密性密切相关,纳米材料的引入,势必会影响到漆膜的致密性,进而影响漆膜的防腐性能。添加不同量纳米氧化锆浆料对涂料防腐性能的影响如表1所示。确

表1涂料性能测试项目及对应国标

    由表1测试结果分析,添加适量纳米浆料对漆膜的防腐性能有一定的提高,在添加量较少时,纳米粒子还不足以填充基料与颜填料之间产生的空隙,防腐效果的提高并不明显;随着添加量的增加,其表面效应和小尺寸效应逐渐发挥它的优势,使得到的漆膜基料和颜填料之间紧密相连,结构更加致密、坚实,有效地延缓了腐蚀介质向基材的渗透。纳米粒子的添加量并不是越多越好,当添加量过多的时候,会使部分纳米粒子之间发生团聚,不仅起不到改善漆膜的目的,反而会降低漆膜的致密性,导致涂层的防腐蚀性能下降。纳米浆料的添加量为4·5‰时,涂层的防腐蚀性能较好。
　　
　　2·6涂料太阳光反射比及半球发射率测试