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        探究有機--無機雜化對無機富鋅涂料性能的影響

        2019-10-21 07:44:55趙航
        中國化工貿(mào)易·下旬刊 2019年9期

        趙航

        摘 要:水性涂料是以水作為溶劑和分散劑,具有環(huán)境友好、性價比高、低/零VOC等優(yōu)勢,是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮沫h(huán)保涂料。無機富鋅涂料作為一種新型水性涂料,很多學者在探究有機-無機雜化對無機富鋅涂料性能影響方面也言論不一?;诖?,本文重點探究有機-無機雜化對無機富鋅涂料性能的影響。

        關鍵詞:有機--無機雜化;富鋅涂料;水性涂料;富鋅涂料

        1 試驗方法

        1.1 不同比例硅酸鉀改性溶液制備

        為了獲取不同比例(模數(shù))硅酸鉀溶液,取五個三口燒瓶,向每個三口燒瓶中分別加入50g硅酸鉀溶液,反應溫度保持在50℃,一邊攪拌一邊加入10g硅溶膠,加入完成之后再放入50g去離子水,機械攪拌1h,即可獲得硅酸鉀和硅溶膠的混合液,即硅酸鉀改性溶液。按照硅酸鉀改性溶液:硅溶膠=5:1;3:1;1:1;1:3;1:5比例進行不同模數(shù)配置,并進行檢定,模數(shù)分別為3.3、3.5、5.0、9.3、13.4。

        1.2 硅丙乳液制備

        在三口燒瓶安裝回流冷凝管、溫度計,采用甲基丙酸3.4g、MMA9.0g、BMA18g、丁酮100g、KH-570 1.6g,將混合液溫度保持在80℃,加入AIBN1g,回流攪拌持續(xù)1h,再加入AIBN0.6g,反應4h獲得硅丙溶液。將溶液倒入到燒杯中,靜置冷卻,通過高速攪拌、冰浴下,將酸堿度中和到7(采用三乙胺),放入一定量去離子水,使用旋蒸法將丁酮去除,即可得到硅丙乳液,乳液固含量控制在45%左右即可。

        1.3 硅丙乳液催化水解、無機富鋅涂料制備

        將硅丙乳液15g和去離子水7.5g加入到帶回流冷凝管三口燒瓶中,保持90℃恒溫,之后再添加0.02gTMAH,持續(xù)攪拌3h,之后將溶液溫度提升到130℃,連續(xù)反應1h,將溶液中TMAH去除,冷卻到室溫溫度。然后,在硅酸鉀改性溶液中加入2.5g水解產(chǎn)物,持續(xù)攪拌40min即可得到涂料基料,根據(jù)基料固含量,和鋅粉按照1:2.6比例進行混合,充分分散之后即可得到無機富鋅涂料。讓富鋅涂料涂在馬口鐵上,在正常室溫中干燥固化,以備后用。

        2 有機--無機雜化對無機富鋅涂料性能的影響

        2.1 不同模數(shù)對硅酸鉀無機富鋅涂料性能影響

        通過對不同模數(shù)硅酸鉀改性溶液與鋅粉按照1:2.6比例混合,制備無機富鋅涂料,并對多組涂料進行物理性能分析。

        在試驗中發(fā)現(xiàn),模數(shù)增加,硅酸鉀改性溶液的儲存穩(wěn)定性曲線為“U”型,也就是先降低、再保持平直、最后升高。這是因為模數(shù)增加,也會提升溶液當中的活性硅羥,羥基脫水縮合速率提升,導致硅酸鉀改性溶液穩(wěn)定性降低。也就是模數(shù)增加可以提升基材發(fā)生化學鍵合幾率增加,提升了涂料附著性,但是在模數(shù)比為1:1時,附著力會有所下降,嚴重會出現(xiàn)土層開裂、脫落問題。這是由于活性硅羥基和鋅粉之間反應速度快,固化交聯(lián)密度較高,強化了涂料層內(nèi)聚應力,降低了涂料的物理性能。所以,在沒有添加穩(wěn)定劑的前提下,硅酸鉀改性溶液穩(wěn)定性為“U”型趨勢。其中,模數(shù)為3.3硅酸鉀改性溶液穩(wěn)定性最好,可以保證涂膜性能。下文主要是采用模數(shù)3.3硅酸鉀改性溶液進行分析。

        2.2 固含量對硅酸鉀改性溶液穩(wěn)定性影響

        將硅酸鉀改性溶液攪拌40min,得到涂料基料,并以不同基料固含量為基礎,試驗固含量分比為:30%、25%、20%、15%。觀察不同固含量對硅酸鉀改性溶液(模數(shù)3.3)穩(wěn)定性進行分析。通過試驗可知,在固含量在30%時(存放14h),溶液黏度最大,低于30%時穩(wěn)定性保持較高,但是考慮固含量低會導致黏度過低,不利于使用。所以,最佳固含量應保持在25%左右。

        2.3 硅丙乳液工藝對無機富鋅涂料影響

        使用硅丙乳液對無機富鋅涂料進行雜化改性中,雜化成功要點在于乳液是否能夠均一分散。直接加入硅丙乳液可能會生成白色絮狀顆粒,分散效果不好。而在乳液中使用TMAH催化水解之后可以確保良好的分散性,不會生成絮狀顆粒。所以要將硅丙乳液進行催化水解之后再使用,一方面可以保證均一分散,另一方面有助于有機--無機雜化反應。

        2.4 硅丙乳液摻入量對無機富鋅涂料性能影響

        如果成膜物質(zhì)僅采用硅酸鉀溶液,會導致耐水性較差,涂膜脆裂性強。采用模數(shù)3.3硅酸鉀改性溶液基料、固含量為25%材料,通過不同摻量水解硅丙乳液對硅酸鉀改性溶液雜化改性,觀察無機富鋅涂料性能變化。

        試驗得知,添加適量水解硅丙乳液進行雜化改性后,涂層柔性與硅丙乳液用量趨勢為先高后低,但涂膜硬度有所降低。這是由于硅丙乳液容性基團可以降低活性硅羥基的固化交聯(lián)密度,讓涂層內(nèi)聚應力降低,提高了涂抹柔韌性。但如果硅丙乳液用量持續(xù)增加,會降低活性硅羥基固化交聯(lián)密度,從而對漆膜硬度造成影響,并且還會產(chǎn)生白化情況,降低了涂膜耐水性。最終確定硅丙乳液摻入比為5-10%時,涂膜硬度、柔韌性、附著力、耐水性、耐人工海水性都較好。

        3 結(jié)束語

        綜上所述,有機--無機雜化對無機富鋅涂料性能有著直接影響,因此要嚴格控制使用比重。本文研究結(jié)果為:模數(shù)為3.3硅酸鉀改性溶液穩(wěn)定性最好;最佳固含量應保持在25%左右;硅丙乳液需要水解;硅丙乳液摻入比為5-10%,這樣可以保證無機富鋅涂料保持良好的性能。

        參考文獻:

        [1]謝炎坤,劉偉區(qū).有機-無機雜化對無機富鋅涂料的性能影響研究[J].精細化工,2018,35(4):555-556.

        [2]陳亞男,胡曉鈞,王建明.溶膠-凝膠法制備有機-無機雜化涂料的研究進展[J].材料導報,2013(S2):100-102.

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