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纳米二氧化钛改性聚酯-TGIC粉末涂料研究
来源:杜剑桥 | 发布时间:2019-8-16 | 浏览次数:
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文/杜剑桥1,郭刚2
1.攀钢集团研究院有限公司,钒钛资源综合利用国家重点实验室
2.四川大学材料学院
  
摘要:利用纳米级金红石超细二氧化钛优异的紫外线屏蔽性能,制备了耐候型聚酯-TGIC粉末涂料,添加表面改性处理的纳米二氧化钛后,涂膜柔韧性和抗冲击性能均得到显著提高;通过人工紫外辐照后对比发现,改性粉末涂料的抗紫外老化性能有大幅提高,色差值与光泽度保持率均得到大幅度改善。
 
    粉末涂料不含易挥发的有机物质(VOCs,volatile organic compounds),是一种环境友好型的新型涂料,其广泛应用于家电、汽车、建材等各领域。2015年我国热固性粉末涂料的销售量达到129万吨,年度增长达到7.5%,远超涂料行业总体平均增速的4.19%。随着人们对建筑材料使用寿命的要求日益提高,能满足10年以上超耐候使用要求的户外用粉末涂料的用量也会逐渐加大。目前户外用粉末涂料目前以热固性为主,其中一半以上的热固性粉末涂料的生产是利用聚酯树脂作为基料的重要组成部分。
 
    由于紫外光氧化降解是户外用粉末涂料老化的主要原因之一,常用的抗老化方法是单独添加一定的抗氧剂、紫外线吸收剂和自由基捕获剂等来减缓涂层的老化。这种方法在工业生产中使用已经相当广泛,但这类添加剂大多是有机物,如受阻胺、水杨酸酯系等,其在涂层老化过程中用会逐渐降低,乃至最终失效,从而影响使用寿命;另外,有机紫外光吸收剂对光的吸收有一定的选择性,使用过程中会因吸收一部分可见光而使制品变色。针对这个问题,本文提供了一种超耐候纳米复合改性聚酯粉末涂料及其制备方法,其特点是在现有聚酯-TGIC粉末涂料中同时引入表面改性处理的纳米级金红石超细二氧化钛(TiO2)作为抗紫外线功能添加剂,通过适当的复合技术,发挥其协同优势,从而达到大幅度提高粉末涂料耐候性能的效果。
 
1 试验部分

1.1 材料与制备
 
    纳米级金红石超细二氧化钛(攀钢研究院有限公司),KH-560硅烷偶联剂(南京化工),各配方材料和加工助剂(均为市售)。各配方组分经过高速混合、熔融混炼挤出、粉碎过筛(筛网目数:200目)、高压静电喷涂在铝板上,最后于185℃下烘烤15min固化成膜。
 
1.2 测试方法
 
    将制备好的测试样板放入荧光紫外加速试验箱(功率36×4W)中进行人工紫外加速老化、分时段对其60°镜面光泽度和颜色值进行测量。利用日本电子(JEOL)场发射扫描电子显微镜(JSM-7500F)对金红石型纳米二氧化钛的形态、大小和结构进行分析;日本岛津紫外可见分光光度计(UV-2550)测试金红石型纳米二氧化钛的紫外光屏蔽性能,扫描波长范围:200nm~800nm;上海精密光学仪器(WGG-66)光泽度计以及日本美能达色差仪(CR-10)分别对颜色和光泽变化情况进行测量。
 
2 结果与讨论
 
2.1 纳米二氧化钛的性能与表征
 



 
    图1为放大10万倍的纳米二氧化钛扫描电镜照片,经过表面处理的纳米TiO2晶体发育良好且粒度分布均匀,粒径约为30~50nm。图2为纳米二氧化钛的水悬浮液UV-Vis吸收光谱,表面改性处理前后的纳米二氧化钛均表现出很强的紫外光吸收性能,表面改性处理后可见光吸收有所下降,分析是由于其在液体中的分散性提高所致。
 
2.2 改性聚酯-TGIC粉末涂料抗紫外光老化性能
  



 
    图3是纳米二氧化钛改性的聚酯-TGIC型粉末涂料与未改性配方的色差值与人工紫外辐照时间的关系,图4是光泽度保持率与紫外辐照时间的关系。由图3、图4可以看出未添加纳米二氧化钛配方(配方c),人工紫外辐照后的色差值有较大幅度的上升,且随着老化时间的延长,色差值相差越大。两组改性后的粉末涂料经过八天紫外辐照后,光泽度保持率仍在42%以上,而未改性配方只有初始值的10%左右。同时可以看出表面处理过后的纳米二氧化钛发挥出其优异的紫外屏蔽性能。
 
3 结论
 
    纳米二氧化钛因其优异的长效吸收紫外线能力,有效地屏蔽了辐射到曝露试样上的紫外线,使光降解反应只发生在试样外表面的一个薄层范围内,同时亦保护了部分有机抗老化助剂不被紫外线所降解。另外纳米二氧化钛由于具有较大的比表面积和表面能,在使用过程中极易发生粒子团聚从而失去原有功效,因此在应用纳米二氧化钛的紫外光屏蔽性提高粉末涂料耐候性时,提高其在粉末涂料中的分散性是关键。

 
 
 
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