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      稀土改性水性氟碳涂料的研究

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      稀土改性水性氟碳涂料的研究
      高彤1,孟繁中2,趙興順3
      (1.吉林建筑工程學院,吉林長春130021;2.吉林省腫瘤醫院,吉林長春130021;3.大連振邦氟涂料股份有限公司,遼寧大連116000)

      0 前言
      鑭、鈰、鐠、釹等17 種稀土元素由于原子結構特殊,電子能級異常豐富,具有許多優異的光、電、磁、核等特性,加之化學性質十分活潑,能與其它元素組成品類繁多、功能千變萬化、用途各異的新型材料,被稱為“現代工業的維生素”和神奇的“新材料寶庫”,已廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、玻璃、陶瓷等傳統產業領域[1-2]。其中二氧化鈰具有豐富的4F 電子層能級結構,使得它可以通過電子躍遷吸收紫外線能量,然后以低能級的光(可見光和紅外線)和熱能的方式放出,可以有助于防止材料老化。特別是納米二氧化鈰具備紫外線吸收和反射雙重效應,防止高分子材料老化的功能將更強,同時納米二氧化鈰還具有高表面活性,可以賦予材料一些特殊的功能,如殺菌、防霉等。水性氟碳涂料除了具有傳統氟涂料超強的耐候性、耐化學腐蝕性、耐沾污性等優良性能外,還具有環保的優點,符合涂料的發展趨勢,成為國內外學者研究的熱點[3-4]。本試驗利用稀土二氧化鈰的特殊性能對水性氟碳涂料進行改性,進一步提高涂料的耐人工老化性的同時,還賦予水性氟碳涂料殺菌、防霉的功能。
       
      1 實驗
      1.1 主要原料
      水性氟碳乳液,大連振邦氟涂料股份有限公司;微米二氧化鈰(CeO2)、納米二氧化鈰(Nano-CeO2)、納米二氧化鈰水分散液,惠州瑞爾新材料科技有限公司;涂料助劑、顏填料,均為市售。
      1.2 涂料參考配方(見表1)
      稀土改性水性氟碳涂料的參考配方
      1.3 性能測試
      涂料的常規性能按GB/T 9755—2001《合成樹脂乳液外墻涂料》的規定進行測試,防霉性能按GB/T 1741—89《漆膜耐霉菌測定方法》進行測試,抗菌性能參照GB 15979—2002《產品抑菌和殺菌性能與穩定性測試方法》附錄C、中華人民共和國衛生部《消毒技術規范-抑菌試驗》(2002 年)中的奎因試驗方法和日本食品分析中心制定的抗菌材料(制品)膜復蓋法進行測試。
       
      2 結果與討論
      2.1 二氧化鈰對涂料老化性能的影響
      2.1.1 二氧化鈰狀態對涂料老化性能的影響
      目前市售二氧化鈰主要有微米二氧化鈰、納米二氧化鈰、納米二氧化鈰水分散液3 種。通過試驗表明,納米二氧化鈰特別是納米二氧化鈰水分散液對涂料耐老化性的提高較為明顯,添加1%可提高涂料的耐人工加速老化超過600 h,這與它的納米效應及良好的分散性有直接關系。而微米二氧化鈰的加入對提高耐老化性沒有明顯效果。試驗結果見表2。
      表2 不同狀態二氧化鈰對涂料耐人工加速老化性的影響
      不同狀態二氧化鈰對涂料耐人工加速老化性的影響
      注:涂料顏料體積濃度(PVC)為38.5%;未添加二氧化鈰的涂料耐人工老化3000 h 出現輕微粉化;二氧化鈰在研磨階段加入,添加量為配方總量的1%(以固體分計,下同)。
      2.1.2 納米二氧化鈰添加方式對涂料耐老化性的影響(見表3)
      表3 二氧化鈰加入方式對涂料耐老化性的影響
      二氧化鈰加入方式對涂料耐老化性的影響
      注:涂料PVC 為38.5%;未添加二氧化鈰的涂料耐人工老化3048 h 時出現輕微粉化;二氧化鈰添加量為配方總量的1%。
      由表3 可見,納米二氧化鈰粉末在研磨階段加入效果明顯,而在調漆階段加入幾乎起不到應有作用,這是由于調漆階段的剪切力小,分散不佳所致;而納米二氧化鈰水分散液具有較好的分散性,在2 個階段加入均能起到良好的效果。
      2.1.3 納米二氧化鈰用量對涂料耐老化性的影響(見表4)
      表4 納米二氧化鈰用量對涂料耐老化性的影響
      納米二氧化鈰用量對涂料耐老化性的影響
      注:涂料PVC 為38.5%;使用納米二氧化鈰水分散液,在研磨階段加入。
      由表4 可見,隨著納米二氧化鈰用量的增加,涂料的耐人工加速老化性能增強,當用量達到1%時,涂料的耐人工加速老化時間為3658 h,比未添加的多658 h。此后隨著用量增加,涂料的耐人工加速老化性能雖有增加,但增加幅度不大。
      2.2 納米二氧化鈰用量對涂料防霉抗菌性能的影響(見表5)
      由表5 可見,當納米二氧化鈰的加入量為1%時,涂料具有優異的防霉性,同時對大腸埃希氏菌的抗菌率達到99.99%
      表5 納米二氧化鈰用量對涂料防霉抗菌性能的影響
      納米二氧化鈰用量對涂料防霉抗菌性能的影響
      注:涂料PVC 為38.5%;使用納米二氧化鈰水分散液,在研磨階段加入。
      以上。納米二氧化鈰對金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌有一定的抗菌作用,但效果不明顯。
      2.3 涂料PVC 對防霉抗菌性能的影響
      通過調節乳液用量制備不同PVC 的涂料,涂料PVC 對防霉抗菌性能的影響見表6。
      涂料PVC 對防霉抗菌性能的影響
       
      注:使用納米二氧化鈰水分散液,用量為1%,在研磨階段加入。
      由表6 可見,涂料PVC 對防霉抗菌性有一定的影響,涂料PVC 過低會使防霉抗菌性都有所降低,這可能是由于PVC降低,涂膜過于致密導致的。

      3 結論
      (1)納米二氧化鈰對提高涂料的耐人工老化性有良好的效果。特別是納米二氧化鈰水分散液具有良好的分散性,使用方便,效果更理想。
      (2)納米二氧化鈰可以提高涂料的防霉抗菌性,當用量為1%時,涂料具有優異的防霉性,對大腸埃希氏菌的抗菌率達到99.99%以上。
      (3)涂料PVC 對防霉抗菌性有一定的影響,過低的PVC會導致涂料防霉抗菌性的降低。
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