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本文以纳米TiO2、纳米SiOx为代表,在选定的工艺条件下,重点从降低水溶液的表面张力促进纳米材料的分散的角度出发研究了纳米材料的水分散行为,并选择粘度、平均粒径和TEM来表征纳米材料的分散效果;将经过分散的纳米材料引入苯丙乳胶涂料,研究纳米材料对乳胶涂料的改性。
本文在综述了纳米材料的分散方法的基础上,通过纳米TiO2和纳米SiOx分散的工艺条件的研究,并选用表面活性剂改变水溶液的表面张力来分散纳米TiO2和纳米SiOx,结果发现:以高速搅拌为预分散工艺,以高剪切乳化为分散工艺,纳米TiO2和纳米SiOx的分散浓度分别为28.6%和25%较为合适;水溶液的pH值对纳米TiO2分散的影响不大,但是对纳米SiOx的分散有明显的影响,在pH=10的水溶液中有利于纳米SiOx的分散;选用非离子型或与纳米颗粒所带电荷同性的表面活性剂通过降低水溶液的表面张力有利于纳米TiO2和纳米SiOx的分散;在确定的工艺条件下,用非离子有机氟表面活性剂FSO复配碳氢表面活性剂SN-5040将水的表面张力降低到15.5mN/m分散得到的纳米TiO2,能得到用激光粒度仪测定平均粒径为172.6nm,在TEM下观察为小于100nm成均匀分布的分散浆,比用硅烷偶联剂法、超分散剂CH-10B法修饰分散纳米TiO2的效果更好;同样复配的表面活性剂在pH=10的水溶液中分散浓度为25%的纳米SiOx能得到用激光粒度仪测定平均粒径为253nm,在TEM下观察粒径小于100nm,呈均匀分布的分散浆。
本文用粘度、平均粒径对纳米TiO2、纳米SiOx的分散效果进行表征,发现粘度和平均粒径间存在相关性,从而确立了粘度测定是一种简便易行、成本较低的具有实用价值的纳米材料分散效果表征方法。
在此基础上,将经过分散的纳米TiO2、纳米SiOx以单独或复配的方式引入苯丙乳胶涂料,并测试其性能,结果发现:以高剪切乳化为分散工艺,在pH≈7的水溶液中用FSO复配SN-5040分散的纳米TiO2和在pH=10的水溶液中FSO复配SN-5040分散的纳米SiOx均以1%的添加量添加到苯丙乳胶涂料中后,涂膜耐沾污反射率下降率为4%,耐擦洗性超过10000次,耐人工老化达到2000h,相比没有添加纳米材料的苯丙乳胶涂料的性能有显著提高,且比单独添加纳米材料和用其它方法分散的纳米材料改性的乳胶涂料的性能更好,也远超过国家优等品标准。
本文根据实验结果,对纳米材料改性乳胶涂料的机理进行了探讨。通过测定发现纳米TiO2和纳米SiOx对紫外有明显的吸收,据此对纳米材料改性乳胶涂料的耐老化性进行了分析;并通过TEM观察纳米材料与乳胶颗粒的混合后的分布发现,充分分散的纳米颗粒与乳胶涂料相互嵌包分布,纳米颗粒与乳胶颗粒直接成膜烧结后的SEM下观察到纳米颗粒均匀分布在膜的各个层次,正是纳米材料特性和它的这种分布使它能实现对乳胶涂料的改性。