納米二氧化硅在丙烯酸聚氨酯改性涂料中應用研究

孫娜，孫皓

（天津渤海職業技術學院，天津 300022）

本實驗選用硅烷偶聯劑KH-550[1]對納米SO2進行表面修飾，并將其用于丙烯酸聚氨酯涂料，改性后的涂料根據國家標準[2]對涂層的防腐蝕性能進行測試。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

實驗所用主要儀器：電子天平（上海精天電子儀器有限公司）、分散機、KQ-250DB型超聲波發生器、拉力試驗機、鹽霧試驗箱、濕熱試驗箱、DHG-9140A 型恒溫烘箱。

納米SO2：江蘇南京；硅烷偶聯劑KH-550；BYK-163分散劑；丙烯酸聚氨酯面漆稀釋劑；環氧鐵紅防銹底漆。

1.2 實驗方法

1.2.1 丙烯酸聚氨酯改性

以丙烯酸聚氨酯面漆的稀釋劑作為分散納米SO2的溶劑。在5個燒杯中分別加入所用納米SO2質量分數為0，1%，2%，3%，4%，5%的硅烷偶聯劑KH-550，加入分散劑后，用超聲波超聲分散30min，分散之后，加入相應的涂料中，攪拌一段時間，即得0～5#納米二氧化硅改性的丙烯酸聚氨酯涂料。通過測定納米二氧化硅粉體在涂料中沉降率的得到分散劑在涂料中適宜添加量。

1.2.2 涂層制備及性能測定

涂層的制備包括底材處理、涂料的施工和涂層固化。在經機溶劑除油、打磨除銹的馬口鐵板上，均勻涂刷環氧底漆，晾干，接著涂刷環氧云母中間漆，晾干，最后涂刷納米改性丙烯酸聚氨酯面漆，將施工完畢的馬口鐵板在室溫下放置24 h即可完全固化。

拉開附著力：按GB/T 5210—2006進行測試；柔韌性：按GB/T 1731—1993進行測試；耐沖擊性：按GB/T 1732—1993進行測試。耐鹽霧性：按GB/T 1771—2007進行測試；耐濕熱性：按GB/T 1740—2007進行測試；耐水性：按GB/T 1731—2007進行測試。

2 結果與分析

2.1 納米二氧化硅改性丙烯酸聚氨酯分析

2.1.1 分散劑用量對分散性影響(見圖1)

實驗采用沉降率[1]來表征分散效果，利用硅烷偶聯劑KH-550對納米二氧化硅進行改性，得出硅烷偶聯劑KH-550的添加量對納米SO2沉降率的影響關系，從圖1中可以看出，隨KH-550用量增加沉降率先增加后減小，當達到一定量時沉降率基本保持不變。這是因為KH-550水解后與納米SO2表面的羥基相互作用，造成親水性基團變為親油性基團[3]。改性表面的存在改善了納米SO2的分散性，但當KH-550用量過少時不能與羥基完全作用，改性效果不明顯，沉降率低；用量過大時又造成了過飽和吸附團聚現象[4]，所以沉降率也增加。圖1中實驗結果表明當KH-550的添加量為納米SO2用量為3%～5%時分散性最好，本次實驗中采用硅烷偶聯劑KH-550改性納米SO2的添加量為4%。

圖1 KH-550的添加量與沉降率關系

2.1.2 改性納米SO2添加量對附著力影響（見圖2）

隨著納米SO2的加入，涂層的濕膜附著力大幅增加，達到一定值后，附著力又逐漸降低。因為丙烯酸聚氨酯與基材的附著力主要是羥基的范德華力，當加入改性納米SO2后，由于納米效應，在涂層和基材間產生部分化學鍵，受水分子的影響很小，這就極大地提高了涂層的濕附著力。

2.1.3 納米SO2添加量對耐沖擊性影響

隨著納米SO2用量的增大，涂層的耐沖擊性迅速增大，當納米SO2用量達到樹脂的2%～3%時，涂層耐沖擊性達到最大值80～90cm，之后又降低。因為，納米SO2改性后，丙烯酸聚氨酯分子鏈上引入了網狀的硅氧硅（Si—O—Si）結構和硅氧（Si—O）柔性鏈段，所以涂膜柔韌性增強。當納米SO2過量后，涂層又產生部分缺陷，導致涂層強度降低。

2.2 涂層性能分析

按照國家標準，對添加了納米SO2的丙烯酸聚氨酯面漆進行機械性能和化學性能測定，測試結果如表1所示。添加少量納米SO2后漆膜帶有少量金屬光澤，外觀平整，具有較好成膜性；涂層力學性能優良，柔韌性、耐沖擊性和附著力均達到國標要求；耐化學性能方面國標要求48h內無起皺、開裂，納米SO2改性丙烯酸聚氨酯面漆均達到國標，并比不添加納米二氧化，耐酸性更好。

圖2 納米二氧化硅添加量對涂層附著力影響

表1 納米二氧化硅添加量對涂層耐化學性能測試

3 結論

3.1 利用硅烷偶聯劑KH-550對納米SO2進行改性，KH-550用量增加沉降率先增加后減小，當達到一定量時沉降率基本保持不變，當KH-550的添加量為納米SO2用量為3%～5%時分散性最好。

3.2 添加了納米SO2的丙烯酸聚氨酯面漆進行性能測定，經改性丙烯酸聚氨酯面漆機械性能和耐化學性能均達到國家標準。

［1］陳穎敏，侯玉婧，俞立.改性納米二氧化硅用于丙烯酸聚氨酯防腐涂料[J].河北大學學報（自然科學版），2012，6(32)：613-619.

［2］李朝陽.納米二氧化硅增韌改性環氧樹脂的研究[D].武漢：機械科學研究總院武漢材料保護研究所，2007.

［3］田惠文.納米SiO2改性環氧涂層防腐性能的研究[D].青島：青島科技大學，2009.

［4］劉國杰.納米材料改性涂料[M].北京：化學工業出版社，2008.