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发表论文
纳米TiO2粒子复合型涂料于木器表面抗老化研究
* 来源: 河北麦森 * 作者: * 发表时间: 2017-06-28 16:22:46
纳米TiO2粒子复合型涂料于木器表面抗老化研究
 
张建平,张 川,张 千(manbetx万博,河北 石家庄 050000)
 
摘要:
    本文就纳米TiO2结合丙烯酸树脂制成复合型涂料进行了探究,旨在提高木器涂料的抗老化性能。经实验分析,硅烷偶联剂作用纳米TiO2,有着促进粒子均匀分散在乳液中的能力,复合涂料体系更加稳定,涂料的紫外屏蔽性能增强。
关键词: 纳米TiO2     丙烯酸     改性     UV

 
Study on the application of
mica titanium modified in decorative paper
Abstract:
    In this paper, nano TiO2 composite coating prepared with acrylic resin were studied, in order to improve the anti-aging properties of wood coatings. Through the experimental analysis, silane coupling agent nano TiO2, has the ability to promote particles dispersed in the emulsion, the composite coating system is more stable, paint UV shielding performance enhancement.
Keywords:  Nano-TiO2       acrylic acid     Modified     UV
 
1 引言
    木器文化博大精深,源远流长,与我国华夏民族浓烈的民族性格亦是密不可分的。时代发展引领下,人们的文化水平和生活水平不断提高,生活中的木器装饰愈来愈普遍,为延长木器在室外污染下的使用寿命,提高其装饰性,本文就纳米TiO2结合丙烯酸树脂制成复合型涂料进行了探究,旨在提高木器涂料的抗老化性能。
丙烯酸树脂,有一定的光泽度和耐候性,可以用于木器表面作木器漆。涂料持续长时间地处于空气中,就要求着涂料要具有相当稳定的耐候性,这样才能保证涂料能够更好地发挥保护以及装饰的作用,能够保护木器在长时间的紫外线照射下不会很快的发生变色、粉化等现象。然而,覆盖物一般都为高分子聚合物,在紫外照射下会发生自动氧化或降解,所以研究人员选择添加纳米TiO2粒子以避免这种现象的发生。选择该物质的原因在于,纳米TiO2粒子,尤其是金红石型的纳米TiO2粒子,有着极为良好的紫外线屏蔽性,光波不高于400nm时,粒子越细,被吸收的紫外光就越多1。而且,纳米TiO2粒子具有无毒性以及无刺激气味,有利于环境保护。所以,本文选择纳米TiO2粒子,希望能够良好的改善丙烯酸树脂的耐老化能力。
2 实验部分
2.1 实验材料
纳米TiO2,河北麦森钛白粉公司生产;纯水,自制;
硅烷偶联剂、丙烯酸树脂涂料制备的其它原料均外购。
2.2 实验设备
磁力加热搅拌器;超声波清洗器;电热恒温鼓风干燥器;电子分析天平;加速老化箱;紫外可见分光光度计;均质机;
2.3 试验方法
    复合丙烯酸树脂、稀释剂、固化剂(2:1:1,质量比)配制,模板木材抛光,尺寸100mm*100mm*10mm,先涂覆上腻子,完全干燥后砂布磨平,喷涂漆料,完全干燥后进行褪色实验测试。
3 结果与讨论
3.1 纳米TiO2改性效果分析
    纳米TiO2粒子,其上官能团含有多个羟基,表面表现为亲水。想要使纳米TiO2能够与有机体系较好的接触,初步的将纳米TiO2表面改变成疏水的,接下来,为了方便聚合反应在纳米TiO2表面顺利进行,采取了在粒子表面接枝上可反应的官能团这种方法。


图3.1——硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性示意图
硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性方法2
 
 
 
 
 
 
    处理后,纳米TiO2粒子表面呈疏水性,将其溶进置有乳化剂的水溶液中,遵循着相似相容的原理,分子中的亲油端对向纳米TiO2粒子的表面,则亲水端对向了水相,即乳化剂吸附到了纳米TiO2粒子的表面,纳米TiO2粒子可以稳定的在溶液中分散。
3.2 不同含量的纳米TiO2粒子改性分析
    纳米TiO2粒子,典型的半导体氧化物,处于光环境时,粒子的光子能量大于禁带宽度的情况下,电子受到激发,电子从价带跃迁到导带,生成e-和h+,此时,电子和空穴重新复合或被纳米粒子中杂质或其它缺陷捕获的几率大大提升,而且这种过程中,会以热能或光的形式释放能量,进而达成吸收紫外线的目的。在这个过程中,光线的最大激发波长可以根据纳米粒子的禁带宽度Eg求得3:
 
    受激发的电子和空穴,能够在晶格内自由运动,同样地也能够重新组合,然而结合后运动到晶体表面时,就会引发周围介质的化学变化。正电空穴与羟基反应,生成可吸收的(·OH),吸收进来的O2得电子成为氧负离子 O2-,与H2O生成过羟基自由基,羟基和过羟基都能引发树脂的分解,致使覆盖物层发生褪色和粉化现象。纳米TiO2粒子在表面包覆了一层含Si等元素的化合物,从而形成了一道屏障,它的作用是当激发电子通过有缺陷的晶格时,成为电子和空穴重新结合的中心,减少到达表面的电子和空穴的数目,为羟基或过羟基的重新结合提供活性,提高了复合乳液对紫外线的吸收活性,有效保护了基体树脂4

图3.2(a)——纳米TiO2分散液的UV-Vis吸收谱图

 
 
 
 
 
 
 
 
 

图3.2(b)——不同比例的复合乳液老化分析柱状图
    添加不同比例的改性纳米TiO2粒子,经过UV测试对比,复合乳液的颜色有不同程度的变化。复合乳液对紫外光的色差分析实验中,数据显示,添加改性纳米TiO2粒子的比例越高,涂料褪色效果越好,颜色越稳定,其中含量20%的复合乳液相对于原始乳液性能提高30%左右,即屏蔽紫外线能力越强,抗老化性能更佳。
结论
1、从实验的结果可以看出高含量的纳米粉体对丙烯酸树脂涂料的抗老化性能作用明显, 而且基本上与纳米粉体的加入量成一定比例关系, 纳米粉体含量高的涂料抗老化性能更好。
2、硅烷偶联剂对纳米TiO2粒子的性能影响效果很好 ,促进纳米TiO2粒子在乳液中分散均匀,使涂料体系更加稳定,涂料的 UV 屏蔽性能提高。 
参考文献
[1]徐小英. 纳米TiO_2改性氯醚树脂防腐涂料的研究[D].重庆大学,2004.
[2]毛晨峰. 金红石型纳米TiO_2改性羟基丙烯酸聚氨酯涂料的研究[D].上海交通大学,2007.
[3]郭刚. 金红石型纳米TiO_2在高分子材料抗老化功能改性中的研究[D].四川大学,2005.
[4]宋秀莲. 纳米TiO_2的可控制备及对丙烯酸树脂抗紫外光性能改善的研究[D].湖北大学,2011.
 
 
 

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