李炎　劉玉嶺　李洪波　卜小峰　唐繼英　樊世燕

摘要：涂層黏度實(shí)驗(yàn)證實(shí)，硅溶膠黏度越大，所制備涂層的附著力越大，耐腐蝕性能越強(qiáng)。通過對(duì)硅溶膠的物理化學(xué)性能研究可知，硅溶膠體積分?jǐn)?shù)的增加會(huì)導(dǎo)致體系pH值的上升，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，pH值達(dá)到最大值9.91。當(dāng)pH值為9.7時(shí)，硅溶膠的黏度最大且Zeta電位絕對(duì)值最大。根據(jù)硅溶膠體積分?jǐn)?shù)和體系pH值的線性關(guān)系，得出硅溶膠最佳體積分?jǐn)?shù)為9.074%。

關(guān)鍵詞：硅溶膠；黏度；表面粗糙度

中圖分類號(hào)：O648.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2014）07-0057-04

涂料的流動(dòng)性能是涂料在涂裝過程中得到連續(xù)涂膜的保證。黏度是度量流體流動(dòng)性能的基本物理參數(shù)，是剪切應(yīng)力與應(yīng)變速率的比值，對(duì)于牛頓流體（比如水），此比值為恒定值，即不隨剪切應(yīng)力的變化而變化。對(duì)于非牛頓流體，黏度將隨剪切應(yīng)力的變化而變化，因此也稱為表觀黏度[1，2]。涂料是高分子溶液與固體粉末填料組成的懸浮液，其基本流變性能遵循高分子液體的流變特性，是非牛頓流體。在流體動(dòng)力學(xué)中，黏度是一個(gè)很重要的參數(shù)，涂料作為一種流動(dòng)的液體對(duì)其黏度的研究十分必要。根據(jù)涂料的性能要求，本文以硅溶膠乳液作為成膜劑來配制涂料[3，4]，針對(duì)涂層耐腐蝕性能隨硅溶膠黏度的變化論述了黏度對(duì)涂料性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)儀器及材料：電子千分表；NDJ-5S 黏度計(jì)；Zeta電位測試儀；7.62 cm銅片；堿性硅溶膠（粒徑為110～130 nm ）。

實(shí)驗(yàn)方法：將不同黏度的硅溶膠配置成防腐涂料涂覆在銅片表面進(jìn)行耐腐蝕實(shí)驗(yàn)，記錄耐腐蝕時(shí)間及腐蝕后銅片表面粗糙度。測定不同體積分?jǐn)?shù)硅溶膠黏度和pH值以及Zeta電位，得出適合用作涂料成膜劑硅溶膠的最佳物化條件。

2 結(jié)果及討論

2.1 硅溶膠體積分?jǐn)?shù)對(duì)pH值和黏度的影響

涂料的黏度受到成膜劑乳液中硅溶膠體積分?jǐn)?shù)的影響。相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，向去離子水中加入一定量的硅溶膠，配制不同體積分?jǐn)?shù)的硅溶膠溶液，測量每種溶液的pH值和黏度，結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，隨著SiO2溶膠體積分?jǐn)?shù)的增加，硅溶膠pH值上升，達(dá)到最大值9.91后趨于穩(wěn)定。硅溶膠黏度隨其體積分?jǐn)?shù)的增加而呈上升趨勢(shì)，這是因?yàn)椋S著硅溶膠顆粒數(shù)目的增加膠體顆粒間距離減小，顆粒之間的相互作用力增大使膠體的黏度增大，同時(shí)也增大了SiO2顆粒與銅片的接觸概率，使涂料更加穩(wěn)定[5～7]。

2.2 硅溶膠pH值對(duì)黏度和Zeta電位的影響

對(duì)不同pH值硅溶膠的黏度和Zeta電位進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，硅溶膠黏度先隨pH值增大而緩慢增加，在pH值為9.7時(shí)瞬間增加到最大值6.6 mPa·s，然后又急劇下降，最后又呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢(shì)。這說明在pH值為9.7時(shí)，硅溶膠性質(zhì)發(fā)生了變化，pH值對(duì)膠體內(nèi)粒子所帶電荷產(chǎn)生了影響，使粒子間的距離達(dá)到最低值，導(dǎo)致體系的黏度大幅度上升。體系的Zeta電位也在pH值為9.7時(shí)達(dá)到最小值，此時(shí)Zeta電位的絕對(duì)值最大，說明此時(shí)體系穩(wěn)定性最好[8，9]。文獻(xiàn)中關(guān)于pH值對(duì)二氧化硅溶膠穩(wěn)定性的影響曲線[10]如圖3所示，可以看出，當(dāng)無電解質(zhì)存在時(shí)，二氧化硅溶膠pH值的穩(wěn)定區(qū)間為7.5～10.8，當(dāng)存在電解質(zhì)時(shí)二氧化硅溶膠pH值的穩(wěn)定區(qū)間減小到8.5～10.8。當(dāng)pH值在2附近時(shí)出現(xiàn)亞穩(wěn)定態(tài)，當(dāng)pH值大于10.8時(shí)，二氧化硅溶膠出現(xiàn)溶解平衡，主要是以硅酸負(fù)離子形式存在，當(dāng)pH值大于13時(shí)，二氧化硅溶膠主要以硅酸根存在。這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，證實(shí)了上述結(jié)論的正確性。

2.3 硅溶膠黏度對(duì)銅片表面粗糙度（涂料剝離后）的影響

不同黏度的硅溶膠所配制的涂料性能也有很大差異。按GB 1727—1992在銅片上制備涂料樣板，在90 ℃烘干2 h，靜置1 h。待漆膜實(shí)干后，用鏟刀剝離涂層，為精確地說明底材的表面狀態(tài)，對(duì)其表面粗糙度進(jìn)行了檢測，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，剝離涂層后底材的粗糙度與黏度基本成正比關(guān)系，表明涂料所含硅溶膠的黏度越大，剝離涂層后底材表面越粗糙，涂料的附著力越強(qiáng)。選用表面初始狀態(tài)不同的銅片，按表面粗糙度由低到高分別命名為1#，2#和3#樣品，配制相同黏度的防腐涂料并涂覆于上述銅片表面，按相同方法處理后，銅片表面狀態(tài)的變化情況見圖5。

由圖5可知，銅片初始表面越粗糙，剝離涂層后底材的粗糙度就越大，即粗糙表面對(duì)防腐涂層的吸附力越強(qiáng)。這是因?yàn)?，粗糙銅片表面存在很多高低不一的尖峰，涂覆過程中，防腐涂料會(huì)滲入到尖峰之間，將尖峰包圍起來，導(dǎo)致涂料與銅片的實(shí)際接觸面積變大，形成涂層后2者之間的吸附力相應(yīng)較大。綜上所述，當(dāng)硅溶膠黏度越大，所形成的涂層越牢固，在鏟除之后表面越粗糙，若繼續(xù)涂覆防腐涂料，涂料的附著力就會(huì)更強(qiáng)。在防腐涂料的涂覆過程中，重復(fù)上述過程數(shù)次，可使涂料的附著力最大化。

2.4 硅溶膠黏度對(duì)涂層防腐性能的影響

參考其他防腐涂料配方，以硅溶膠為成膜劑，保證施工條件相近的前提下，采用不同黏度配方，由涂層從被處理到脫落所持續(xù)時(shí)間來表征涂層的耐腐蝕性能，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，在體積分?jǐn)?shù)5%的酸、堿或者鹽水中，涂層耐腐蝕時(shí)間均與硅溶膠黏度成正比關(guān)系。對(duì)于涂料來說，在酸堿鹽溶液中的耐腐蝕時(shí)間越長就表示涂料的防腐性能越好，因此在保證涂料固含量和不出現(xiàn)結(jié)塊的前提下，提高硅溶膠的黏度，能獲得更出色的防腐效果。。

2.5 硅溶膠濃度的優(yōu)化

由2.3和2.4可知，成膜劑硅溶膠的黏度越大，所制備涂層的附著力和耐腐蝕性能越好。由2.1可知，當(dāng)硅溶膠體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，體系pH值達(dá)到最大值9.91。由2.2可知，當(dāng)硅溶膠pH值為9.7時(shí)，體系黏度會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最大值6.6 mPa·s，而后繼續(xù)小幅度增長。根據(jù)上述規(guī)律，繼續(xù)增加硅溶膠體積分?jǐn)?shù)也能使體系黏度達(dá)到6.6 mPa·s甚至更高，但會(huì)造成大量原料的浪費(fèi)。因此將使體系pH值達(dá)到9.7時(shí)的硅溶膠體積分?jǐn)?shù)定為最佳值。將硅溶膠體積分?jǐn)?shù)與pH值進(jìn)行線性擬合分析，擬合直線如圖7所示，得到2者的線性方程為Y=0.072X+9.04667，將Y=9.7帶入式中可得X=9.074，即當(dāng)硅溶膠體積分?jǐn)?shù)為9.074%時(shí)，體系pH值為9.7。

3 結(jié)論

1）硅溶膠黏度越大，所制備涂層的附著力越大，耐腐蝕性能越強(qiáng)。

2）硅溶膠體積分?jǐn)?shù)的增加會(huì)導(dǎo)致體系pH值的上升，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，pH值達(dá)到最大值9.91。當(dāng)pH值為9.7時(shí)，硅溶膠的黏度最大且Zeta電位絕對(duì)值最大。根據(jù)硅溶膠濃度和體系pH值的線性關(guān)系，得出最佳硅溶膠體積分?jǐn)?shù)為9.074%。

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