劉翔華

【摘要】本文主要圍繞著納米碳酸鈣的應用展開探討，分析了納米碳酸鈣在外墻涂料中的應用現(xiàn)狀，探討了納米碳酸鈣應用的未來發(fā)展趨勢，以及應用的要點。以期可以為納米碳酸鈣的應用提供參考。

【關鍵詞】納米碳酸鈣；外墻涂料；應用

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

一、前言

納米碳酸鈣在各行業(yè)都有一定的應用，其中，外墻涂料作業(yè)中，納米碳酸鈣也有著廣泛的應用，為了提高納米碳酸鈣在外墻施工中的應用效果，必須要分析其應用的方法和要點。

二、納米碳酸鈣概述

納米碳酸鈣是一種附加值很高的專用功能型無機材料,具有低成本、高性能、無毒無味等特點, 作為一種優(yōu)質(zhì)填料和白色顏料, 廣泛應用于橡膠、塑料、涂料、油墨、造紙、醫(yī)藥等眾多領域。采用機械化學合成的納米碳酸鈣商業(yè)產(chǎn)品與普通碳酸鈣產(chǎn)品相比, 納米碳酸鈣具有粒子細、比表面積大( 可達10~ 70m2 /g)、高表面活化率、高補強性、高白度、觸變性好等特點, 是目前能夠工業(yè)化生產(chǎn)與應用的納米材料之一, 可取代價格昂貴的白炭黑和鈦白粉, 具有廣闊的市場前景。

三、納米材料的特性及應用

納米材料是指晶體粒徑為納米級的多晶體材料,具有小尺寸與高濃度晶界兩個重要特征, 通常大晶體的連續(xù)能帶分裂成接近分子軌道的能級, 產(chǎn)生了小尺寸的量子隧道效應, 同時由于其高濃度晶界及界面原子受力不均衡性增加產(chǎn)生了界面效應, 這兩種效應導致材料在力學性能、磁性能、光學性能、電性能及熱力學特征發(fā)生突變。

1、納米材料的光學特性及應用

由于納米粒子粒徑小、表面分散率高, 對不同波長的光線會產(chǎn)生不同的吸收、反射、散射等作用。納米粒子粒徑遠遠小于可見光的波長( 400 ~ 750nm) , 具有透過作用, 從而保證納米復合涂層具有較高的透明性。不同粒徑的納米材料對光的散射和反射效應不同, 可產(chǎn)生隨入射光角度不同的變色效應。粒度小于300 nm 的納米材料具有可見光反射和散射能力, 它們在可見光區(qū)是透明的, 但對紫外光具有很強的吸收和散射能力。

2、納米材料的表面活性及應用

納米材料極大的表面積和近似于大分子水平的粒徑?jīng)Q定其具有很高的表面活性。納米材料高活性的巨大表面積與成膜物和溶劑形成強大的相互作用力。納米SiO2 以及硅酸鹽為主的納米改性膨潤土可極大地改進涂料的流變性, 提高其開罐性能——防沉降和良好的觸變性和施工性能——防流掛。隨著粒度進入納米尺度, 材料表面活性中心的增多提高其化學催化和光催化的反應能力, 在紫外線和氧的作用下給予涂層的自清潔能力。表面活性中心與成膜物質(zhì)的官能團可發(fā)生次化學鍵結合, 極大增加涂層的剛性和強度, 從而改進涂層的耐劃傷性。

3、納米材料的小體積效應及應用

納米級的顏料和填料可以極大地減少涂料中顏料與成膜物之間的自由體積, 協(xié)同得到增強的成膜物質(zhì)與納米填料的結合力從而大大提高填充比, 改進涂層的機械強度, 減少毛細管而提高涂層的屏蔽作用。將納米材料用在底漆中, 可以加固底漆與基層的粘結作用, 底漆微細顆粒滲透到基層中使之連成一個整體, 其機械強度的提高是不言而喻的。納米級的顏填料與底漆的強作用力及填充效果有助于改進底漆- 涂層的界面結合。

四、實驗

1、主要實驗原料

納米CaCO3 粉體: 平均粒徑60 nm 左右, 比表面積28。 6 m2 / g , 安徽巢東納米材料科技有限公司; 乳液: S- 05 純丙乳液, 江蘇南通生達化工有限公司; 鈦白: 金紅石型R- 902, 美國杜邦公司; 偶聯(lián)劑、消泡劑、潤濕劑和分散劑等: 分別由德國畢克化學公司、江蘇常州吉耐助劑有限公司和常州市亞邦亞宇助劑有限公司等提供。

2、 主要實驗設備

SFJ- 400 型砂磨、分散、攪拌多用機: 上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術有限公司; 雙槽刮板細度計( 0~25 Lm) : 上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術有限公司; QXD 型刮板細度計( 0~ 50 Lm) : 天津市建筑儀器試驗機公司; FA2004 型電子分析天平: 沈陽龍騰電子儀器有限公司; NDJ- 5S 型旋轉(zhuǎn)粘度計: 上海天平儀器廠。

3、實驗方法

(一) 納米CaCO3 料漿制備

首先將水浴升溫至指定溫度, 然后把納米Ca-CO3 粉體按比例加入裝有水的錐形瓶中。 將錐形瓶置于水浴中并攪拌懸浮液, 使其達到規(guī)定溫度。 加入一定量的分散劑, 用高速分散機在規(guī)定轉(zhuǎn)速下高速( 6 000~ 8 000 r/ min) 分散一定時間后, 即可制得納米CaCO3 料漿。

(二) 納米CaCO3 復合外墻涂料的制備外墻涂料配方見表1。

表1外墻涂料配方

按照涂料配方, 將水加入到制漆釜中, 在攪拌狀態(tài)( 400~ 1 000 r/ min) 下依次加入分散劑、乙二醇并攪拌均勻; 繼續(xù)攪拌, 再依次加入納米CaCO3 料漿和顏填料, 高速( 大于1 400 r/ min) 分散0。 5~ 1。 0 h, 然后在低轉(zhuǎn)速下加入消泡劑、成膜助劑, 攪勻后再加入乳液和增稠劑等, 并在低轉(zhuǎn)速下攪勻, 即可得到納米CaCO3 復合外墻涂料。

五、實驗結果與討論

1、影響納米CaCO3 分散效果的因素

納米材料具有巨大的比表面積和表面能, 在干燥、貯存過程中極易聚集成團, 而團聚的顆粒往往不能發(fā)揮出納米材料獨特的性質(zhì)。 因此, 分散解聚對于納米材料的應用是非常重要的。 通常, 納米材料的團聚分為物理吸附和化學聚集。 用適當?shù)姆椒苁刮锢砦降念w粒團解聚, 而化學聚集的顆粒一般難以用物理的方法解聚 。

由于納米CaCO3 具有很大的表面能, 將其直接加入涂料中很難分散均勻, 故選擇先將其分散成納米漿, 再以漿體的形式加入到涂料中。

為優(yōu)化出分散工藝條件, 分別考察了不同分散劑及其用量、不同分散時間、不同料漿濃度( 納米CaCO3 粉體質(zhì)量占料漿質(zhì)量的百分數(shù)) 、不同溫度對納米CaCO3 分散體系的影響。

（一）料漿濃度的選擇

按15%, 20% 和25%這3 種料漿濃度進行試驗。 結果發(fā)現(xiàn), 當納米CaCO3 料漿濃度達25%時,分散筒底部有沉淀, 攪拌機不能正常工作, 負荷過大; 在料漿濃度為20% 時, 攪拌機仍超負荷; 在料漿濃度為15%時, 分散筒底部無沉淀, 攪拌機工作正常。 因此選定納米CaCO3 料漿濃度為15% 。

（二） 分散劑的選擇

根據(jù)筆者多年從事乳膠漆科研和生產(chǎn)的經(jīng)驗, 本試驗選擇了國內(nèi)外具有代表性的分散劑, 如分散劑DA , 270, 5040, DP- 518, 3204 等, 用于制備納米CaCO3 料漿, 但效果均不理想, 所得料漿的懸浮性差。 分析其原因, 可能與這些分散劑在粉料顆粒表面僅為物理吸附有關。 要克服納米材料巨大的表面能, 可能要引入具有化學活性的官能團, 而鈦酸酯偶聯(lián)劑正好具有這樣的特性, 它的活性基團具有可設計性, 能針對特定的需要設計出特定的產(chǎn)品, 故本試驗選擇了鈦酸酯偶聯(lián)劑202 和401 兩個品種作為分散劑。 但在試驗中發(fā)現(xiàn): 202 不適合于水性體系; 單獨用鈦酸酯偶聯(lián)劑401 也難以得到令人滿意的料漿。

（三）鈦酸酯偶聯(lián)劑用量的選擇

分別按納米CaCO3 粉體質(zhì)量的2。 0%, 2。 5% , 3。 0% , 3。 5% 添加鈦酸酯偶聯(lián)劑, 制備料漿, 并觀察料漿的沉降情況和有無結底現(xiàn)象。 結果發(fā)現(xiàn), 當鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為納米CaCO3 粉體質(zhì)量的2。 0% 和2。 5%時, 所制備的料漿沉降快, 無結底現(xiàn)象; 為3。 5% 時, 所制備的料漿有結底現(xiàn)象; 為3。 0% 時, 所制備的料漿沉降較慢, 且無結底現(xiàn)象。 故選定鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量為納米CaCO3 粉體質(zhì)量的3。 0% 。

2、納米CaCO3 漿體加入量對涂料性能的影響

根據(jù)外墻乳膠漆標準( GB/ T 9755 ) 2001) 要求, 對添加納米CaCO3 漿體的涂料性能進行了全面檢測, 其中的在容器中狀態(tài)、施工性、涂膜外觀、干燥時間、涂料耐凍融性等指標都符合或優(yōu)于國家標準要求。 考慮到涂料的貯存穩(wěn)定性和實際應用的需要, 重點考察了納米CaCO3 漿體加入量( 以質(zhì)量分數(shù)表示) 對涂料的耐沾污性、耐洗刷性、觸變性、耐水性、耐堿性和耐老化性的影響。

3、涂層的掃描電鏡表征

未添加納米CaCO3 漿體時顏填料粒子在涂層中分散不均勻, 團聚嚴重, 且粒子邊界較為清晰, 說明顏填料粒子與樹脂的相容性較差。 添加納米CaCO3 漿體后, 顏填料粒子在涂層中分散均勻, 且顆粒與樹脂的界面比較模糊, 說明由于其他顏填料粒子吸附了納米CaCO3 微粒, 使顏填料粒子與樹脂具有較好的相容性。

六、結束語

綜上所述，納米碳酸鈣應用與外墻涂料中，一定要講究應用的方法，針對外墻應用的需要選用納米碳酸鈣，進而提高納米碳酸鈣的使用效果，確保納米碳酸鈣的使用符合要求。

【參考文獻】

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