納米二氧化硅在丙烯酸聚氨酯改性涂料中應(yīng)用研究

孫娜，孫皓

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300022）

本實(shí)驗(yàn)選用硅烷偶聯(lián)劑KH-550[1]對(duì)納米SO2進(jìn)行表面修飾，并將其用于丙烯酸聚氨酯涂料，改性后的涂料根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]對(duì)涂層的防腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)所用主要儀器：電子天平（上海精天電子儀器有限公司）、分散機(jī)、KQ-250DB型超聲波發(fā)生器、拉力試驗(yàn)機(jī)、鹽霧試驗(yàn)箱、濕熱試驗(yàn)箱、DHG-9140A 型恒溫烘箱。

納米SO2：江蘇南京；硅烷偶聯(lián)劑KH-550；BYK-163分散劑；丙烯酸聚氨酯面漆稀釋劑；環(huán)氧鐵紅防銹底漆。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 丙烯酸聚氨酯改性

以丙烯酸聚氨酯面漆的稀釋劑作為分散納米SO2的溶劑。在5個(gè)燒杯中分別加入所用納米SO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，1%，2%，3%，4%，5%的硅烷偶聯(lián)劑KH-550，加入分散劑后，用超聲波超聲分散30min，分散之后，加入相應(yīng)的涂料中，攪拌一段時(shí)間，即得0～5#納米二氧化硅改性的丙烯酸聚氨酯涂料。通過(guò)測(cè)定納米二氧化硅粉體在涂料中沉降率的得到分散劑在涂料中適宜添加量。

1.2.2 涂層制備及性能測(cè)定

涂層的制備包括底材處理、涂料的施工和涂層固化。在經(jīng)機(jī)溶劑除油、打磨除銹的馬口鐵板上，均勻涂刷環(huán)氧底漆，晾干，接著涂刷環(huán)氧云母中間漆，晾干，最后涂刷納米改性丙烯酸聚氨酯面漆，將施工完畢的馬口鐵板在室溫下放置24 h即可完全固化。

拉開(kāi)附著力：按GB/T 5210—2006進(jìn)行測(cè)試；柔韌性：按GB/T 1731—1993進(jìn)行測(cè)試；耐沖擊性：按GB/T 1732—1993進(jìn)行測(cè)試。耐鹽霧性：按GB/T 1771—2007進(jìn)行測(cè)試；耐濕熱性：按GB/T 1740—2007進(jìn)行測(cè)試；耐水性：按GB/T 1731—2007進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米二氧化硅改性丙烯酸聚氨酯分析

2.1.1 分散劑用量對(duì)分散性影響(見(jiàn)圖1)

實(shí)驗(yàn)采用沉降率[1]來(lái)表征分散效果，利用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對(duì)納米二氧化硅進(jìn)行改性，得出硅烷偶聯(lián)劑KH-550的添加量對(duì)納米SO2沉降率的影響關(guān)系，從圖1中可以看出，隨KH-550用量增加沉降率先增加后減小，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)沉降率基本保持不變。這是因?yàn)镵H-550水解后與納米SO2表面的羥基相互作用，造成親水性基團(tuán)變?yōu)橛H油性基團(tuán)[3]。改性表面的存在改善了納米SO2的分散性，但當(dāng)KH-550用量過(guò)少時(shí)不能與羥基完全作用，改性效果不明顯，沉降率低；用量過(guò)大時(shí)又造成了過(guò)飽和吸附團(tuán)聚現(xiàn)象[4]，所以沉降率也增加。圖1中實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)KH-550的添加量為納米SO2用量為3%～5%時(shí)分散性最好，本次實(shí)驗(yàn)中采用硅烷偶聯(lián)劑KH-550改性納米SO2的添加量為4%。

圖1 KH-550的添加量與沉降率關(guān)系

2.1.2 改性納米SO2添加量對(duì)附著力影響（見(jiàn)圖2）

隨著納米SO2的加入，涂層的濕膜附著力大幅增加，達(dá)到一定值后，附著力又逐漸降低。因?yàn)楸┧峋郯滨ヅc基材的附著力主要是羥基的范德華力，當(dāng)加入改性納米SO2后，由于納米效應(yīng)，在涂層和基材間產(chǎn)生部分化學(xué)鍵，受水分子的影響很小，這就極大地提高了涂層的濕附著力。

2.1.3 納米SO2添加量對(duì)耐沖擊性影響

隨著納米SO2用量的增大，涂層的耐沖擊性迅速增大，當(dāng)納米SO2用量達(dá)到樹(shù)脂的2%～3%時(shí)，涂層耐沖擊性達(dá)到最大值80～90cm，之后又降低。因?yàn)?，納米SO2改性后，丙烯酸聚氨酯分子鏈上引入了網(wǎng)狀的硅氧硅（Si—O—Si）結(jié)構(gòu)和硅氧（Si—O）柔性鏈段，所以涂膜柔韌性增強(qiáng)。當(dāng)納米SO2過(guò)量后，涂層又產(chǎn)生部分缺陷，導(dǎo)致涂層強(qiáng)度降低。

2.2 涂層性能分析

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)添加了納米SO2的丙烯酸聚氨酯面漆進(jìn)行機(jī)械性能和化學(xué)性能測(cè)定，測(cè)試結(jié)果如表1所示。添加少量納米SO2后漆膜帶有少量金屬光澤，外觀平整，具有較好成膜性；涂層力學(xué)性能優(yōu)良，柔韌性、耐沖擊性和附著力均達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；耐化學(xué)性能方面國(guó)標(biāo)要求48h內(nèi)無(wú)起皺、開(kāi)裂，納米SO2改性丙烯酸聚氨酯面漆均達(dá)到國(guó)標(biāo)，并比不添加納米二氧化，耐酸性更好。

圖2 納米二氧化硅添加量對(duì)涂層附著力影響

表1 納米二氧化硅添加量對(duì)涂層耐化學(xué)性能測(cè)試

3 結(jié)論

3.1 利用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對(duì)納米SO2進(jìn)行改性，KH-550用量增加沉降率先增加后減小，當(dāng)達(dá)到一定量時(shí)沉降率基本保持不變，當(dāng)KH-550的添加量為納米SO2用量為3%～5%時(shí)分散性最好。

3.2 添加了納米SO2的丙烯酸聚氨酯面漆進(jìn)行性能測(cè)定，經(jīng)改性丙烯酸聚氨酯面漆機(jī)械性能和耐化學(xué)性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

［1］陳穎敏，侯玉婧，俞立.改性納米二氧化硅用于丙烯酸聚氨酯防腐涂料[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，6(32)：613-619.

［2］李朝陽(yáng).納米二氧化硅增韌改性環(huán)氧樹(shù)脂的研究[D].武漢：機(jī)械科學(xué)研究總院武漢材料保護(hù)研究所，2007.

［3］田惠文.納米SiO2改性環(huán)氧涂層防腐性能的研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2009.

［4］劉國(guó)杰.納米材料改性涂料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.