納米二氧化鈰改性水性氟碳涂料的研究

梁光容，陳炳耀，姚榮茂，陳明毅

(1.廣東三和化工科技有限公司 廣東 中山 528429 2.廣東順德三和化工有限公司 廣東 佛山 528325）

關鍵字：納米二氧化鈰；水性氟碳涂料；耐老化性；防霉、抗菌。

0 引言

鈰屬于稀土元素中重要的原子結構之一，化學性質非常活潑豐富，在與其他元素參與化學反應的過程中生成用途廣泛、功能豐富多樣化等多品種新型材料。此外，鈰等稀土元素還具有豐富的電子能，憑借自身優異的光、電、磁、核等特性一直在化工、冶金、石油等行業廣泛應用。納米二氧化鈰不僅具有吸收可見光和紅外線的功能，同時對于照射到納米二氧化鈰的光反射出去，大大地減少了光對材料的老化，延長涂料老化時間。

水性氟碳涂料不僅有良好的高硬度、耐候性、耐沾污等綜合性能，還具備有健康、環保優點，符合涂料行業“油退水進”的發展趨勢，受到涂料消費市場追逐和熱捧。本試驗是在水性氟碳漆生產過程中加入稀土二氧化鈰進行改性，進一步增強水性氟碳漆涂料的耐老化性能，延長涂料使用壽命。同時，通過充分發揮出稀土二氧化鈰的表面活性，來提高水性氟碳涂料殺菌、防霉等性能。

1 實驗部分

1.1 主要原料及設備

1.1.1 主要原料

（1） cf-803水性氟碳乳液，廣州宣寧化工科技有限公司；

（2） JL-CeO2-1微米二氧化鈰、JL-CeO2-2納米二氧化鈰、JL-CeO2-2納米二氧化鈰水分散液，寧波金雷納米材料科技有限公司；（3） 涂料助劑，畢克助劑（上海）有限公司；（4） 其余鈦白粉、滑石粉等顏填料，均為市售。1.1.2 主要設備

（1） QUV紫外加速老化試驗機,美國Q-LAB公司；

（2） 現代環境SFJ-400砂磨、分散、攪拌多用機，上海現代環境工程技術股份有限公司；

（3） C84－111反射率儀、QFS耐洗刷測定儀，天津市精科聯材料試驗機有限公司；

（4） ZHS系列恒溫恒濕培養箱；上海喆圖科學儀器有限公司；

（5） BKQP-L高壓蒸汽滅菌鍋，濟南博鑫生物技術有限公司。

1.2 改性氟碳漆涂料的制備

1.2.1 改性氟碳漆涂料原料配方

氧化鈰改性水性氟碳涂料的基本配方見表1。

1.2.2 制備工藝

表1 二氧化鈰改性水性氟碳涂料配方

首先將上述配方表中序號為1～2的原料按量加到實驗容器中，開啟攪拌機低速攪拌均勻，然后加入3～5的助劑類材料繼續攪拌；開始加入6～9顏填料，加完后開啟高速分散，取樣檢測細度；細度合格之后加入10～13的助劑，再攪拌20min即可研磨備用。

1.3 性能測試

涂料的常規性能按GB/T9755-2001《合成樹脂乳液外墻涂料》的規定進行測試，防霉性能按GB/T1741-2007《漆膜耐霉菌性測定法》進行測試，抗菌性能參照GB15979-2002《一次性使用品衛生標準》附錄C：產品殺菌性能、抑菌性能與穩定性測試進行測試。

2 結果與討論

2.1 二氧化鈰對涂料老化性能的影響

2.1.1 二氧化鈰狀態對涂料老化性能的影響

根據市場上對二氧化鈰需求的不同，市面上將二氧化鈰加工成微米二氧化鈰、納米二氧化鈰、納米二氧化鈰水分散液共3個品種。以上3種不同狀態的二氧化鈰粒徑大小不同，分散效果差異明顯。通過表2數據可以看出，微米二氧化鈰對涂料耐老化性的提升效果最差，而納米二氧化鈰，特別納米二氧化鈰分散液只需添加l%左右，就可以將水性氟碳漆的耐人工加速老化提高600h以上，這是微米二氧化鈰所無法比擬的。試驗數據詳見表2。

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表2 不同狀態二氧化鈰對涂料耐人工加速老化性的影響

2.1.2 納米二氧化鈰添加方式對涂料耐老化性的影響

水性氟碳漆生產過程中，納米二氧化鈰加入時間點不同，研制出來的涂料耐老化性能也不一樣。本試驗中，為了驗證二氧化鈰加入時間點的差異，分別選擇在研磨與調漆階段各加入納米二氧化鈰和納米二氧化鈰水分散液，試驗數據如表3所示。

表3 二氧化鈰加入方式對涂料耐老化性的影響

由表3可見，納米二氧化鈰添加時間點不同，所制備氟碳漆涂料耐老化性能也有所差異。特別是未經過水分散的納米二氧化鈰，選擇在研磨階段加入效果還算明顯，但如果選在調漆階段加入，人工老化3 530h后就出現微粉化，耐老化效果很不理想。而納米二氧化鈰水分散液已經提前分散過，無論是在調漆還是研磨階段加入均能起到良好的耐老化效果。試驗證明，納米二氧化鈰如果選在剪切力小的調漆階段加入，必須做好預處理成納米二氧化鈰水分散液，否則分散不佳很難達到提升耐老化性能的效果。

2.1.3 納米二氧化鈰用量對涂料耐老化性的影響

以上試驗數據可以看出，納米二氧化鈰的加入有效地提升了涂料的耐老化性能。為了進一步驗證納米二氧化鈰不同用量對涂料的耐老化性能的影響，實驗中分別加入5個不同含量的納米二氧化鈰，制備了5組實驗樣品，實驗數據詳見表4。

表4 納米二氧化鈰用量對涂料耐老化性的影響

從以上表4可以看出，納米二氧化鈰用量加到1%時，氟碳漆涂料的耐老化時間比未添加多725h，充分證明了納米二氧化鈰顯著的提高了涂料耐老化性能。但是當納米二氧化鈰用量超過1%時，涂料的耐人工加速老化性能增幅開始下降，實驗證明納米二氧化鈰的加入量也不是越多越好，控制在1%左右最佳。

2.2 納米二氧化鈰用量對涂料防霉抗菌性能的影響

表5 納米二氧化鈰用量對涂料防霉抗菌性能的影響

從以上表5數據可以看出，未添加納米二氧化鈰的氟碳漆涂料防霉等級為2，每增加0.5%的納米二氧化鈰，氟碳漆涂料防霉等級下降1級。當加入量為1%時，氟碳漆涂料的防霉性已經達到最優，在放大約50倍下無明顯長霉，此時涂料對大腸埃希氏菌的抗菌率達到99.9%以上。

雖然納米二氧化鈰添加1.0%就能讓氟碳漆涂料達到優異的防霉等級和大腸埃希氏菌良好的抗菌率，但是1.0%的納米二氧化鈰對金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌這兩大類的真菌看率效果遠遠是不夠的。

2.3 涂料PVC對防霉抗菌性能的影響

PVC，顏料體積濃度，涂料中顏料和基料的體積比的變化同樣會影響防霉抗菌性能。為了驗證涂料PVC對防霉抗菌性能的影響，本試驗通過調節乳液用量制備不同PVC的涂料，將涂料PVC值從25%～45%之間制備了5個樣品，制備樣品抗菌率數據詳見表6。

上述表6數據中，涂料中乳液用量逐漸增多制備不同的PVC涂料，氟碳漆涂料的防霉抗菌率隨著涂料PVC值的增加逐步提升。PVC值增加，涂料中的顏料體積比增加，涂膜密度變得稀疏，才得以提高涂料的防霉抗菌性。

表6 涂料PVC對防霉抗菌性能的影響

3 結語

（1）引用稀土納米二氧化鈰對水性氟碳漆涂料進行改性，可以顯著地提高涂料的耐人工老化性。稀土納米二氧化鈰使用前用水分散預處理，可以達到更好的抗老化效果，使用量在1.0%左右最佳。

（2）納米二氧化鈰賦予了水性氟碳漆涂料殺菌、防腐功能，在涂料中加入l%量的納米二氧化鈰材料，使得涂料不僅具有優異的防霉性，而且對大腸埃希氏菌的抗菌率達到99．9%以上。

（3） 涂料涂料中顏料和基料的體積比 (PVC值)，會影響到涂膜密度，進而影響到涂料防霉抗菌性。氟碳漆涂料PVC值越低，其防霉抗菌性越差，涂料生產過程中必須注重乳液用量的調節，保證合適的PVC值。