漆酚基納米SiO2復合涂膜的制備及其性能研究

徐敏 蘇雪怡 范思璇 謝佳偉 張萌霞

摘 要：采用漆酚、納米 SiO2、氟硅樹脂為原料制備復合涂膜，并對復合涂膜進行了涂膜常規物理性能、抗紫外線性能、抗溶劑性能、耐化學介質性能測試分析。結果表明，漆酚基納米SiO2復合涂膜是綜合性能優良的環保復合涂膜。

關鍵詞：漆酚;納米SiO2;復合涂膜;性能

基金項目：西北民族大學本科生科研立項資助 XBMU-BYL19042

引言

中國生漆是一種天然可再生環保樹脂涂料，素有“涂料之王”的美譽，具有耐腐蝕、耐磨、耐酸、阻水等優異性能而備受重視，廣泛應用于現代工業、基礎建設、民用家具等諸多領域，然而傳統生漆存在黏度大、易致敏、成膜條件苛刻、難以實現機械化噴涂、生產周期長、成本高、效率低、產量小等不足，使其工業化生產嚴重受阻 [1]。生漆的主要成膜成分為漆酚，因此生漆的研究主要基于漆酚的改性研究。有研究發現氟硅樹脂改性漆酚樹脂的漆膜具有良好的相容性，并且物理機械性能，耐熱、耐酸堿性及耐老化性能大大提高[2]。研究證實，納米SiO2的尺寸效應使其具有特殊的光學性能，可以強烈地反射紫外線，大大減少紫外線對有機高聚物的降解作用[3]。而且加入納米粒子后，納米粒子表面與聚合物基體間可形成強相互作用，使網絡結構更緊密，從而使涂膜的抗溶劑性進一步提高[4]。因此，本研究擬在氟硅樹脂/漆酚的復合體系中加入納米SiO2，旨在通過三種材料的優勢互補制備出耐老化環保復合涂膜。

1 實驗部分

1.1原料與試劑

漆酚（U），乙醇法從生漆中提取，含量94%;氟硅樹脂（HFR），固化劑，無水乙醇、二甲苯、醋酸丁酯、甲苯、丙酮、石油醚、H2SO4、NaOH、NaCl（均為分析純），SiO2（納米級）。

1.2試樣制備

以U、HFR為原料，按照表2.1的比例混合，磁力攪拌器攪拌30min，混合均勻。將納米SiO2按0%、2%（SiO2占樹脂總量的質量分數）加入到混合組分中，加入固化劑，超聲分散1h。按照GB 1727-1992，將混合組分涂布在經過預處理的馬口鐵片上。常溫干燥。

1.3性能測試

1.3.1常規物理機械性能

試樣實干后分別采用下列國標進行測試，干燥時間GB/T1728-1979，附著力GB/T1720-1979，光澤度GB/T1743-1989，硬度GB/T6739-2006，耐沖擊強度GB/T1732-1993。

1.3.2抗紫外線性能

涂膜實干后置于波長為265nm，光強度為80uw/cm2的紫外殺菌燈下照射，每隔200h測定一次試樣的光澤度，以失光率/%=（原始光澤度-老化后光澤度）÷原始光澤度×100%衡量耐紫外線性能。

1.3.3抗溶劑性性能

涂膜實干后浸泡（稱重記為m1）于二甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、石油醚、無水乙醇中，72h后傾去上層溶液，不溶物烘干再稱重記為m2。以（m1-m2）÷m1×100%來衡量抗溶劑性。

1.3.4耐化學介質性能

涂膜實干后分別浸泡于10%NaOH、30%NaOH、10%H2SO4、30%H2SO4、10%NaCl中，室溫下放置7d。以膜起皺、變色或龜裂為腐蝕標志。

2 結果與討論

2.1常規物理機械性能

表2.1 樣品的物理機械性能

由表2.1可看出試樣表干時間和實干時間都隨著氟樹脂含量的提高而縮短。這可能是由于HFR中羥基上的氫比漆酚中羥基上的氫活潑，異氰酸酯更易于與HFR中的羥基發生交聯固化反應，所以隨著氟樹脂含量的提高，漆膜表干時間和實干時間逐漸縮短[5]。本實驗中，隨著氟樹脂含量的減少，試樣涂膜的綜合性能下降。未加入HFR和納米SiO2的樣品5的附著力、光澤度和硬度都最差，以上數據可說明氟樹脂和的加入可以提高漆酚的附著力和硬度、光澤度。

2.2耐紫外線性能

表2.2 樣品的耐紫外線性能

由表2.2可知，復合體系的耐紫外線性能與普通漆酚涂膜相比大大提高，由于HFR/SiO2/漆酚復合體系較漆酚涂膜致密程度大，分子鏈間作用力強，紫外線對復合體系的破壞就減弱了[6]。5號樣品耐紫外線性能最差，說明納米SiO2的加入對復合體系的耐紫外線性能有提高作用。這是由于 SiO2以納米尺寸均勻分布于HFR/SiO2/漆酚復合體系中，納米 SiO2的尺寸效應使納米 SiO2有特殊的光學性能，其可以強烈地反射紫外線，大大減少紫外線對有機高聚物的降解作用，提高漆酚基納米SiO2復合涂膜的抗紫外線性能[7]。

2.3抗溶劑性能

表2.3 樣品的抗溶劑性能

由表 2.3 可見，漆酚基納米SiO2復合涂膜抗溶劑性良好，對二甲苯、石油醚、無水乙醇這三種有機溶劑的抵抗性能比對乙酸丁酯、丙酮的抵抗性能強。本實驗中，加入納米SiO2的復合涂膜抗溶劑性能優于傳統漆酚涂膜。可能是漆酚基納米SiO2復合涂膜教傳統漆酚涂膜致密程度大，較不易被溶解和洗脫。加入納米粒子后，納米粒子表面（或OMMT片層）與聚合物基體間可形成強相互作用，使網絡結構更緊密，從而使涂膜的抗溶劑性進一步提高。由表 2.3 還可見，在實驗范圍內，耐溶劑性能最好的是樣品2。

2.4 耐化學介質性能

由表2.4可以看出，在H2SO4、NaOH、NaCl這些溶液中浸泡七天后，所有樣品涂膜均未出現起皺、起泡、龜裂等現象。說明漆酚基納米復合涂膜的耐化學介質腐蝕性能優良。這是因為漆酚和HFR中的羥基固化劑中的異氰酸根基團反應形成互穿網絡結構聚合物膜，會大大提高得到的漆膜的致密性，H2O、H2SO4、NaCl、NaOH這些小分子不易浸入。又因為納米SiO2能填充分子運動孔穴，H2O、H2SO4、NaCl、NaOH很難浸入膜的內部[5]。

3 結論

以漆酚、納米SiO2、氟硅樹脂為原料成功制備了漆酚基納米SiO2復合涂膜。相比傳統漆酚涂膜，該涂膜的干燥速度、附著力、光澤度、硬度、耐沖擊性、抗溶劑性、耐化學介質腐蝕性、抗紫外線性能均有較明顯的提高。而且，本研究屬于綠色環保涂膜，符合環保發展趨勢，且其制備成本低，成膜效率高，值得進一步探討其應用。

參考文獻：

[1]董月林.漆酚及其改性涂料的應用進展[J].現代涂料與涂裝，2017，20（07）：27-30+38.

[2]邵會菊，胡智，薛斌，秦舒浩，于杰.氟樹脂改性漆酚復合涂料的老化性能研究[J].化工新型材料，2010，38（S1）：156-159.

[3]周宏建，高延敏，浦建光，袁清峰.鞣酸改性納米二氧化硅對UV固化涂料性能的影響[J].中國涂料，2009，24（03）：45-48.

[4]阮億明.紫外光固化漆酚基納米復合涂料性能的對比分析[J].化工技術與開發，2015，44（12）：15-17.

[5]張萌. 漆酚基快干耐老化涂膜的制備及性能研究[D].福建師范大學，2016.

[6]阮億明.紫外光固化漆酚基納米復合涂料性能的對比分析[J].化工技術與開發，2015，44（12）：15-17.

[7]童忠良.納米化工產品生產技術[M].北京.化學工業出版社，2006：240.