掺杂纳米SiO2建筑涂料的制备及性能研究

李静宇，王　培

(衡水学院　化工学院，河北　衡水 053000)



掺杂纳米SiO2建筑涂料的制备及性能研究

李静宇，王培

(衡水学院化工学院，河北衡水 053000)

摘要：以自制的纳米SiO2为功能性组分，制备纳米SiO2改性涂料，并对其保温隔热性、附着力、耐碱性等进行了研究．通过测试，纳米SiO2的添加量为2 %时，涂料的保温隔热性、附着力、耐碱性等综合性能最佳．

关键词：纳米二氧化硅；涂料；保温隔热；附着力；耐碱性

王培(1983-)，女，河北安平人，衡水学院化工学院讲师，理学硕士.

0　前言

随着煤、石油等一次能源的日益枯竭，如何节能成为整个社会面临的重大问题．在涂料领域，人们已不仅仅使用涂料的保护、装饰等传统用途，防蚊蝇、防霉变、耐辐射、保温隔热等众多新型功能涂料越来越受到人们的重视[1]．

纳米SiO2为无定型白色粉末，是一种无污染、无毒、无味的非金属材料．纳米SiO2具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和卓越的电、热、光、磁、力、吸收、放射等特殊性能，以及在高温下仍具有高韧性、高强度、稳定性好等特性[2]．此外，纳米SiO2还具有较强的紫外和红外反射特性[3]，将其添加到建筑涂料中，能对涂料形成屏蔽作用，能够阻止建筑物外部的红外线进入建筑物内部，同时也能够阻止建筑物内部的红外线散射到建筑物外部，从而使涂料具有良好的保持建筑物内部温度的能力，从而达到节能的效果．

1　纳米SiO2的制备

1.1实验试剂

正硅酸四乙酯，分析纯，上海化学试剂五联化工厂；无水乙醇，分析纯，无锡市展塑化工试剂有限公司；去离子水，自制；氨水，分析纯，济宁汇德化工有限公司．

1.2制备过程

1) 将正硅酸四乙酯、无水乙醇、去离子水按体积比1∶2∶2混合．2) 将溶液升温至70 ℃搅拌1 h．3) 往溶液中逐滴加入氨水至pH为8 ～ 9，继续搅拌1 h小时溶液成乳白色溶胶．4) 将溶胶放置在空气中陈化一周，然后干燥数小时形成干凝胶．5) 将干凝胶研磨成粉，经马弗炉600 ℃焙烧1.5 h，得到纳米SiO2粉末[4]．

2　保温隔热涂料的制备

2.1原材料及配比(见表1)

表1　保温隔热涂料的原材料及配比

2.2制备过程

按表1配比，将表面活性剂分散到水中并搅拌均匀，加入纳米SiO2，超声分散15 min后，用磨砂机研磨至细度小于40 μm，得到所需浆料，然后往浆料中加入醇酸树脂，搅拌均匀即得到所需样品．

3　测试

3.1 导热系数测定

将样品制成200 mm × 200 mm × 15 mm的测试件，用PDR-300型导热系数测定仪(沈阳鑫合经纬机械电子设备有限公司)测定其导热系数．

3.2涂膜附着力测试

涂膜附着力按照国标G/B 9286-1998进行测试．

3.3涂膜耐碱性测试

涂膜耐碱性按照国标G/B 9274-1988进行测试．

3.4涂膜耐水性测试

涂膜耐水性按照国标GB/T1733-93进行测试．

3.5涂膜耐擦洗性测试

用5 %肥皂水在耐擦洗仪上进行测试．

4　结果与讨论

4.1导热系数结果分析

按照表1中的原材料及配比共制备了5组样品，现将各组样品的导热系数测试结果整理成表2．

表2　保温隔热系数测试结果

由表2可以看出，由于纳米SiO2有较强的红外反射能力，随其用量的增加，涂料的导热系数随之减小，当纳米SiO2用量为2 g时，涂料的导热系数最小，但随着纳米SiO2用量的继续增加，涂料的导热系数有变大的趋势．这可能是因为纳米SiO2的用量增加到一定程度后，纳米SiO2的保温隔热性便达到了一定极限[5]．综合考虑，当纳米SiO2的添加量为2 g时，涂膜的导热系数最小．

4.2涂膜附着力结果分析

按照表1中的原材料及配比共制备了5组样品，现将各组样品的涂膜附着力测试结果整理成表3．

表3　涂膜附着力测试结果

由表3可以看出，随纳米SiO2的用量增加，涂膜的附着力随之增强，当纳米SiO2用量为2 ～ 3 g时，涂膜的附着力为0级最好，但随着纳米SiO2用量的继续增加，涂膜的附着力随之减小．纳米材料具有的小尺寸效应和表面界面效应，纳米SiO2粒子表面含有大量羟基等极性基团，其添加到涂料体系中后，极易与含氧极性键发生键合作用，增强了分子间的结合力及涂膜与基体间的结合强度．另外，纳米SiO2的加入可减轻涂层固化时的体积收缩，从而改善涂层与基体间的附着力．随着纳米SiO2添加量增大到一定程度时，纳米粒子在有机相中相对均匀的分布状态被破坏，导致涂层自身强度及附着力下降[6]．

4.3涂膜耐碱性结果分析

按照表1中的原材料及配比共制备了5组样品，现将各组样品的涂膜耐碱性测试结果整理成表4．

表4　涂膜耐碱性测试结果

由表4可以看出，随纳米SiO2的用量增加，涂膜的耐碱性随之增强，在实验范围内，纳米SiO2用量为2 ～ 3 g时，涂膜的耐碱性为1级良好．这可能是因为纳米SiO2在涂料中均匀分散，纳米SiO2粒子好像许多个凝聚点，使得涂膜固化后更加致密，阻挡了碱液中氢氧根离子的侵入，从而提高了涂膜的耐碱性[7]．

4.4涂膜耐水性结果分析

按照表1中的原材料及配比共制备了5组样品，现将各组样品的涂膜耐水性测试结果整理成表5．

表5　涂膜耐水性测试结果

由表5可以看出，随纳米SiO2的用量增加，涂膜的耐水性随之增强，在实验范围内，纳米SiO2用量为2 ～ 3 g时，涂膜的耐水性最好．这可能是因为纳米SiO2在涂料中均匀分散，使得固化后的涂膜更加致密，阻挡了水分子的侵入，从而提高了涂膜的耐水性．

4.5涂膜耐擦洗性结果分析

按照表1中的原材料及配比共制备了5组样品，现将各组样品的涂膜耐擦洗性测试结果整理成表6．

表6　涂膜耐水性测试结果

由表6可以看出，随纳米SiO2的用量增加，涂膜的耐擦洗性随之增强，在实验范围内，纳米SiO2用量为2 ～ 3 g时，涂膜的耐擦洗性最好．这可能是因为：1) 涂膜更加致密；2) 纳米SiO2本身具有良好的润滑性，其在涂料中均匀分散，降低了涂膜的摩擦系数，从而提高了涂膜的耐擦洗性．

5　结语

1) 纳米SiO2的加入能够提高建筑涂料的保温隔热性能，添加量为2 g / 100 g树脂时，涂料的保温隔热性能最佳．

2) 纳米SiO2的加入能够提高涂膜的耐碱性和附着力，添加量为2 ～ 3 g / 100 g树脂时，涂料的耐碱性和附着力最佳．3) 纳米SiO2的加入能够提高涂膜的耐水性，添加量为2 ～ 3 g / 100 g树脂时，涂料的耐水性最佳．4) 纳米SiO2的加入能够提高涂膜的耐擦洗性，添加量为2 ～ 3 g / 100 g树脂时，涂料的耐擦洗性最佳．5) 综合所述，纳米SiO2的添加量为2 g/100 g树脂时，涂料的保温隔热等综合性能最佳．

6) 掺杂纳米SiO2的建筑涂料是一种新型的保温隔热涂料，能够满足应用的要求，在节能减排方面能够起到一定的积极作用．

参考文献：

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

[2] 苏肖军,郑典模.纳米SiO2的应用研究进展[J].江西化工,2002(l):6-10.

[3] 张翠,张洋,孙妍,等.纳米二氧化硅对涂料的改性研究现状[J].林业机械与木工设备, 2013,41(8):16-21.

[4] 郭宇,吴红梅,尹桂丽.溶胶凝胶法制备纳米二氧化硅[J].天津化工,2005,19(1):34-35.

[5] 高鹏,薛向欣.纳米SiO2添加量对紫外光固化涂料涂层性能的影响[J].材料保护,2009,43(9):13-16.

[6] 董鲁艳,殷咏梅,许红.纳米TiO2对涂料性能的影响[J].现代涂料与涂装,2007,10(6):8-9.

[7] 徐世前.纳米材料复合外墙乳胶漆的制备及性能研究[J].涂料工业,2005,35(4):55-57.

(责任编校：李建明英文校对：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

作者简介：李静宇(1981-)，男，河北武邑人，衡水学院化工学院讲师，理学硕士；

收稿日期：2015-09-21

中图分类号：O636

文献标识码：A

文章编号：1673-2065(2016)01-0015-04