添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用

1、添加纳米二氧化钛三氧化二铝涂料应用        纳米技术是 21 世纪富有挑战性、富有活力的高新技术。杭州万景新材料有限公司是一家从事纳米技术研究、生产以及应用的高新技术企业。公司现有专业技术人员130名，形成了一支实力强大的新材料研究开发队伍，公司已经取得了多项技术成果，研制开发了几项在国内外领先的产品技术，具有完全自主知识产权。   用纳米尺寸的纳米氧化物（VK-T25）与颜料组成纳米复合涂料，以及用原位复合的方法制备有纳米尺寸的无机 - 有机杂化涂料体系是国内外科技工作者研究的热点。  

2、   1 纳米涂料涂装户外木材的效果     木材易受大气老化而变色、开裂，受潮气和风干作用使尺寸变化大，易长霉菌和被虫蛀、表面易磨损和挫伤，因此它在储运、加工、使用的整个过程中都需要保护。使用涂料是保护木材最为简单且有效的手段之一，能赋予光泽、色彩，起到装饰作用。纳米尺寸的二氧化硅（VK-SP30)、二氧化钛（VK-T25)、氧化锌（VK-J30）等与树脂之间有良好的界面结合强度。纳米二氧化硅（VK-SP30)有优良的自洁能力；纳米二氧化钛（VK-T25)能吸收紫外线，对长波 320400 nm 和中波 280320 nm 均有屏蔽作用，又能

3、起到光催化作用，可使有机污染物降解为二氧化碳和水，二氧化硫成为 SO 42- ，一氧化氮成为 NO 3- ，还能还原金属离子；纳米氧化锌（VK-J30）在水和空气中能自行分解出自由移动的电子，留下带正电荷的空穴，将空气中的氧激活为活性氧，与多种有机物发生氧化反应，从而把大多数的病菌和病毒杀死。因此将纳米二氧化硅（VK-SP30)、二氧化钛（VK-T25)、氧化锌（VK-J30）等作为涂料的组分可以制成安全长效的户外用木材的涂料     1.1 纳米涂料可提高木材尺寸的稳定性     据报导，采用丙烯酸酯和溶胶状纳米二氧化硅（VK-SP

4、30)共聚而成的硅丙树脂为主要成膜材料可制得用于木材尺寸稳定的浸渍漆。它不含甲醛、甲苯、二甲 _ 苯、木材杀菌保护剂、增塑剂、白蚁驱除剂等成分，却具有杀菌、防霉作用。制漆配方中含有 1%5% （ 质量比）的纳米二氧化钛（VK-T25)、氧化锌（VK-J30）。固体含量为 40%45% ，粘度 4070 mPa · s （ 25 ），外观呈乳白色液体。将木材在液温为 5 10 的上述底漆中浸渍12 h ，随后在 50 干燥 12 h ，即完成了底漆涂装。涂膜呈很浅的白色透明膜，涂布量为 60 100 g /m 2 。 1.1.1 木材尺寸稳定性试验    

5、 试件：夹竹木，衫木，非洲夹竹木，扁柏木。     木材中树脂含量按下式计算：     抗膨胀性试验：     将不涂装的样板和涂装纳米硅丙涂料的样板先在 105 进行 48 h 绝干处理，并量出体积，随后放入 75 相对湿度的保湿箱中 5 周，再量出体积。由绝干及调湿的体积求出：     计算结果见表 2 。     表 2 木材处理前后的抗膨胀性     由表 2 可以看出：用纳米硅丙涂料处理后的木材抗膨胀率可提

6、高 36.5%41.4% 。而树脂含量达到 10% 左右就可以起到相当大的作用。     1.1.2 不同涂料对木材吸湿放湿呼吸性的影响试验     木材：杉木。     涂料：三聚氰胺醇酸涂料，纳米硅丙涂料。     涂装方法： 浸渍干燥，工艺条件同 1.1.1 。     将涂装和未涂装的样板分别放入相对湿度 65% 和 100% 的潮湿箱中，试验条件： 65% 湿度 /1 d ， 100% 湿度 /1 d 为 1 个周期；同样 100% 湿

7、度 /1 d ， 65% 湿度 /1 d 为 1 个周期，共进行了 8 d 试验，绘出吸湿放湿图，见图 1 。 图 1 不同涂料对木材吸湿放湿呼吸性的影响    从图 1 中可以看出：用纳米硅丙涂料处理的杉木和未涂装时一样保持呼吸性，这就是有机硅具有透气性的缘故。而用三聚氰胺醇酸涂料处理的杉木基本失去了呼吸性。     1.1.3 含有 5 纳米氧化锌（VK-J30）的硅丙涂料的抗菌防白蚁效果     按 JISZ2911 各项规定试验。抗菌试验结果见表 3 ，室内防白蚁试验结果见表

8、4 。   表 3 抗菌试验结果     表 4 室内防白蚁试验结果     1.2 提高户外用建筑木材耐候性的纳米涂料     1.2.1 供实验用的涂料     底漆主要成膜材料：水性脂肪族聚氨酯（含有不同于上节所述的纳米硅丙树脂）。     面漆主要成膜材料：溶剂型脂肪族聚氨酯和溶剂型氟碳涂料。     底、面漆中的纳米二氧化钛（VK-T25)（ MT100HD 平均粒径 15 nm ）不同的添加量，

9、以及底、面漆配套情况见表 5 。     表 5 耐候性纳米涂料的组成及配套情况     供实验的木材：夹竹木、衫木、非洲夹竹木、扁柏木。     将木材表面用 320 号砂皮打磨，底漆涂布量为 80 100 g /m 2 ，在 70 远红外炉中烘 10 min 。底漆干燥后用 320 号砂皮打磨后刷涂面漆，涂布量 80 100 g /m 2 ，在 20 25 ，相对湿度65%70% 下自然干燥 48 h ，再供试验。     1.2.2 加速耐候性试验  

10、0;  加速耐候性试验机为日本阿特拉斯株式会社制造的 CI 35A 型机器，其中紫外灯波长 340 nm ，功率 0.35 W/m 2 ，黑板的温度（ 63 ± 0.5 ），每照射 120 min 后喷水雾 18 min ，连续照射 3 000 h ，按 340 nm 紫外线照射 100 h 计，平均辐射强度为 123 kJ/m 2 。     涂膜的色差用日本米诺罗达公司制造的 CR-200 型测色计测定，照射前后的变化量 L* 、 a* 、 b* 以及色差 E* 由下式计算：     E* ab= （ L* ）

11、 2 + （ a* ） 2 + （ b* ） 2 1/2     光泽用日本米诺罗达公司制造的 GM-060 型光泽仪测定。     涂膜缺陷用目测涂膜是否开裂、剥落、污染，并用面积的百分比来评定。     1.2.3 添加纳米二氧化钛（VK-T25)和硅丙树脂对涂膜的影响     表 6 中列出了 4 种底、面漆涂覆在木材上的色     在表 6 中，编号 U1-0 、 U5-0 、 F2-0 、 F0-2 的涂料由于在面漆或底漆中加入了纳米二

12、氧化钛（VK-T25)，所以耐候性较好。特别是 U5-0 ，尽管加入了 5 份纳米二氧化钛（VK-T25)，但涂膜仍是高透明的，光泽变化小，最大仅 5 。底、面复合漆膜的划格附着力均为 1 级。说明添加纳米二氧化钛（VK-T25)不影响涂料的附着力。    1.2.4 添加纳米二氧化钛（VK-T25)的涂料的加速耐候性效果     图 2 给出了添加和不添加纳米二氧化钛（VK-T25)的聚氨酯涂料涂布木材的加速耐候性试验的色差变化。 图 2 纳米二氧化钛（VK-T25)添加后涂料的人工耐候性   

13、; 由图 2 可见： 未添加纳米二氧化钛（VK-T25)的涂料（ U0-0 ），在照射 500 h 后，色差急剧增加，随后加速变慢。添加 1 份纳米二氧化钛（VK-T25)的面漆（ U1-0 ），色差的变化情况和 U0-0 相差不大。而添加 5 份纳米 TiO 2 的涂料（ U5-0 ）经 3 000 h 照射后，色差是未添加涂料的 1/2 。     1.2.5 纳米二氧化钛（VK-T25)和硅丙树脂复合添加的涂膜的户外耐候性试验结果     涂料中纳米二氧化钛（VK-T25)和硅丙树脂复合添加后的户外耐候性见图 3 。  

14、;   从图 3 中可以看出：色差变化最小的是 F0-0/P20 组，即底漆中不含纳米二氧化钛（VK-T25)，而添加了 20 份硅丙树脂；色差最大的是 F0-0 组，即底、面漆中均不添加纳米二氧化钛（VK-T25)，两者相差约 1 倍。 图 3 涂料中纳米二氧化钛（VK-T25)和硅丙树脂复合添加后的户外耐候性         从保光性来看，在 2 200 h 内基本相同，而到了 2 500 h 后， F0-2 和 F0-2/P20 相比要差 15% 左右。说明底漆中添加了硅丙树脂后

15、不影响保光性。     从漆膜缺陷度来看： F0-2 组最差，而底、面漆中均含有 2 份纳米二氧化钛（VK-T25)和底漆中含有 20 份硅丙树脂的 F0-2/P20 组的缺陷最小，这是由于硅丙树脂起到减少木材尺寸变化的效果之故。     2 纳米涂料在实木地板上的应用及性能     木地板以其高贵典雅、返朴归真、脚感舒适以及温馨、冬暖夏凉等特点，已成为人们首选的地面装饰材料，其市场呈上升趋势。近几年来发展迅猛，不仅在国内畅销，而且已成为我国出口创汇的主要商品之一。    

16、本公司研制并销售的 PL 牌聚氨酯型光固化涂料正大量应用于实木地板和多层实木复合地板中。在这些涂料中，从腻子到面漆都应用了纳米技术。 2.1 高透明腻子     传统的漆板生产工艺，用光固化底漆进行多道填充后才能把木板中的木纹和导管封闭，每上 1 道底漆，均需经过辊涂光固化打磨吸尘 4 个过程。以粗木纹的橡木、水曲柳为例，需要 45 道底漆涂布，不仅耗时长，而且消耗漆量大，由于多次打磨，实际留在实木板上的仅是涂布量的 60%70% ，而其中的 25%30 被打磨成粉而损失了，这是其一。其二是多道打磨消耗电力、砂布和人力。     由于

17、底漆配方组分中不少是普通的体质填料，有一定的遮盖率，多道涂布后严重影响漆膜的透明性和木纹的清晰度。     本公司用纳米级粉体制成高透明腻子，运用了纳米粉体透光性和触变性强的特点，在木材填充过程中同样作辊涂，每道光固化后不用打磨。同样以粗木纹的橡木、水曲柳为例，只要涂布 23 道就可以完成底材的填充。漆膜高度透明、木纹显凸美观。     其性能和经济测算见表 7 。     表 7 UV 透明腻子和 UV 底漆性能及加工费用比较     从表 7 可以看出：透明腻子的价格是底

18、漆的 1.586 倍，但由于它的利用率高，而其它费用低，总费用基本相同，且质量有很大提高，劳动生产率提高了 42.8 。     2.2 高耐磨、耐刮面漆     2.2.1 经化学修饰的 - 三氧化二铝（VK-L30）填料解决漆板黑鞋印的问题     为了提高面漆耐磨性，在面漆组分中常使用 - 三氧化二铝（VK-L30）作为填料。从晶相来看， - 三氧化二铝（VK-L30）是无定形的，常带有尖角，它的莫氏硬度很高（达到 7 ），会把鞋底磨掉而留下痕迹，使地板变得肮脏，这就是令人烦恼的黑鞋印问题。我们将

19、- 三氧化二铝（VK-L30）用溶液溶胶法制得的纳米二氧化硅（VK-SP30)化学修饰后， - 三氧化二铝（VK-L30）的表面包覆了一层莫氏硬度达到 6.5 的二氧化硅（VK-SP30)，成了椭圆形的状态，在不影响涂料耐磨性的情况下，涂料的抗污性有了很大的提高（表 8 ）。   表 8 处理前后的 - 三氧化二铝（VK-L30）的性能     由这种纳米二氧化硅（VK-SP30)硅溶胶进行化学修饰的 - 三氧化二铝（VK-L30）表面除包覆了一层坚硬的二氧化硅（VK-SP30)外，还带有含丙烯酰氧层的聚硅氧烷。它在 UV 光固化时可以和主要成膜材料一起

20、交联，使有机、无机物之间的界面以化学键相连接。有机聚硅氧烷有着滑爽、防粘和防水等功能，因此大大提高了 UV 漆膜的抗污染性能。     2.2.2 有机 - 无机杂化体系解决 UV 漆的耐刮性     出口到欧美的漆板还要求漆膜通过耐刮性试验。漆膜耐刮性由漆膜表面硬度、滑爽性、附着力等诸多因素决定。     有些高交联度的 UV 漆膜，具有 56 H 的硬度，呈现了很高的机械耐磨性。例如，在 UV 漆组成中采用季戊四醇三丙烯酸酯或二季戊四醇六丙烯酸酯，但往往会造成漆料粘度急剧增大、附着力下降的问题，因此漆膜仍不耐刮。     我们将季戊四醇三丙烯酸酯和含有丙烯酰基、烷氧烷基的纳米硅溶胶组成预反应物，有效地解决了漆膜耐刮性的难题。     2.3 功能性