改性纳米钛白粉丙烯酸烘干漆的制备及性能研究.pdf

改性纳米钛白粉丙烯酸烘干漆的制备及性能研究赵姗姗，杨德江，侯节，李萍（龙佰集团股份有限公司，河南焦作454006）摘要：对纳米钛白粉进行表面改性处理得到改性纳米钛白粉，研究了 UV-9 紫外光吸收剂+GW-540 光稳定剂、纳米二氧化钛、表面改性纳米二氧化钛不同抗紫外线物质对丙烯酸烘干漆的性能影响。结果表明，加入表面改性纳米二氧化钛时，丙烯酸烘干漆涂料涂膜变色、失光最小，抗紫外线性能最强，其铅笔硬度为 2、附着力 1 级，有效提高了涂层的硬度和附着力，黏度提高至 142 mPa s，降低了涂层的流动性，提高了涂层的随角异色效果和涂膜金属感，实验确定改性纳米二氧化钛最佳加入量为 1.5%。关键词：纳米二氧化钛；表面处理；改性；耐候性中图分类号：TQ630.4文献标识码：A文章编号：1004-7050（2023）09-0021-02在汽车用丙烯酸烘干漆涂料中，常加入一定量的抗紫外线物质，进而提高汽车涂层的防紫外线性能，提高涂层的使用寿命1。随着当前社会对汽车涂膜耐候性要求的进一步提高，选择性能更佳的抗紫外线物质，从而提高汽车涂膜耐候性是非常有必要的2。本文对纳米二氧化钛进行表面改性处理制备改性纳米二氧化钛，将其添加至丙烯酸金属烘干漆中，采用 UV-9紫外光吸收剂+GW-540 光稳定剂、纳米二氧化钛对比实验，来研究改性纳米二氧化钛对汽车涂层的性能影响，并通过实验确定了纳米二氧化钛最佳添加量。1实验材料与方法齐岳生物公司 CAS1317 型金红石型纳米级钛白粉，粒径 1942 nm，比表面积 36.847.2 m2/g；石油醚+HT-5168 分散剂，南通市晗泰化工有限公司；KH-570硅烷偶联剂，上海凯茵化工有限公司；AC80 丙烯酸树脂，中山欣业环保材料公司；582-2 氨基树脂，江苏三木公司；A302 艳蓝 FBL 水性色浆，芜湖颜彩化工材料公司；珠光粉 KC-520，上海合硕实业公司；强闪铝银浆 ZF4512，上海傲凡化工公司；醋酸丁酸纤维素，广州阿尔斯新材料有限公司；紫外光吸收剂 UV-9，山东富旺化工；光稳定剂 GW-540，高邑县宏森化工。取 550 mL 石油醚置于烧瓶中，加入 0.25 gHT-5168 分散剂，搅拌至完全溶解。称取 40 g 纳米钛白粉+0.1 g KH-570 硅烷偶联剂，全部加入至石油醚溶液中形成悬浮溶液，超声分散+超声振动共 15 min；对悬浮溶液 90 恒温水浴加热，并不断搅拌至石油醚完全挥发；剩余物料于 60 真空干燥 6 h，制备得到蓬松的经表面改性处理的纳米钛白粉粉体。按汽车用丙烯酸烘干漆配方分别定量加入各物质，紫外光吸收剂的不同制备成 3 种不同类型的汽车用丙烯酸金属烘干漆。选用已预先配套好的白色阴极电泳底漆、尺寸为50 mm120 mm0.50 mm 钢板作为测试样板。将丙烯酸金属烘干漆稀释到黏度为 1830 mPa s（T-4杯），用喷枪将漆均匀地喷涂于钢板上，静置 20 min，140 恒温烘烤 20 min 取出，并恒温恒湿条件下放置0.51 h，表面喷一道丙烯酸清漆静置 20 min，140 恒温烘烤 20 min，在恒温恒湿条件下放置 0.51 h，进行性能测试。采用 GB1765标准测试人工加速老化试验（800h），采用 GB 6739 测试铅笔硬度，采用 GB 9286 测试附着力，采用 TG/T 1723 测试黏度。2结果与讨论在确定其他实验条件不变的情况下，分别采用不同的为抗紫外线物质（配方 1：UV-9 紫外光吸收剂；配方 2：纳米二氧化钛；配方 3：表面改性纳米二氧化钛）制备丙烯酸烘干漆，丙烯酸烘干漆制备成涂层样板后进行人工加速老化实验、铅笔硬度、附着力、黏度等性能进行对比测试，测试结果如表 1 所示。收稿日期：2022-11-23作者简介：赵姗姗，女，1987 年出生，毕业于河南工业大学，硕士学位，中级职称，研究方向涂料级钛白粉研发及技术服务。总第 214 期2023 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 214No.9，2023DOI:10.16525/14-1109/tq.2023.09.009表 1不同抗紫外线物质对涂料性能的影响结果项目配方 1配方 2配方 3人工加速老化实验（800 h）涂层无龟裂、变色 2.5 级，失光率 39.5%涂层无龟裂、变色2 级，失光率19.5%涂层无龟裂、变色1 级，失光率12.5%铅笔硬度（H）112附着力/级221黏度（T-4 杯）/（mPa s）75110142科研与开发山西化工第 43 卷耐候性是汽车涂料的重要指标，耐候性是指汽车涂料因受到阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件影响而出现的褪色、变色、龟裂、分划和强度下降等老化现象。为提高汽车丙烯酸烘干漆涂料的耐候性，可采用加入抗紫外线物质，提高吸收、散射、反射紫外线的能力。从表 1 检测结果可知，加入改性纳米二氧化钛的涂膜样品涂膜变色最小、涂膜失光最小，抗紫外线耐候性能最强。在汽车涂料中加入改性纳米二氧化钛可以减少或降低光化学作用对涂膜的破坏力，延长了涂膜的寿命，增强了涂膜的耐候性。从表 1 数据可知，加入了改性纳米二氧化钛的丙烯酸烘干漆的涂膜样板的铅笔硬度（H）为 2、附着力为 1 级，对比加入其他抗紫外线物质制备的丙烯酸烘干漆的涂膜样板来讲，硬度和附着力都有了明显提高。对纳米二氧化钛改性前后进行了 SEM扫描，结果表明，纳米二氧化钛经表面改性处理后，二氧化钛颗粒较分散，无明显的团聚现象，因此其在涂料中的分散性相对较好，改性纳米二氧化钛可有效地填补涂膜间的空隙，使涂膜更加致密，进一步提高涂料硬度和附着力。从表 1 数据可知，加入了改性纳米二氧化钛的丙烯酸烘干漆的涂膜样板的黏度为 142 mPa s，对比加入其他抗紫外线物质制备的丙烯酸烘干漆的涂膜样板黏度（75、110 mPa s）来讲，黏度值有了明显提高。改性纳米二氧化钛具有较高活性的比表面积，能与成膜物、溶剂相互作用，降低涂料的流动性。涂料黏度的提高使得流动性降低，可有效防止丙烯酸烘干漆制备过程铝银浆、珠光粉发生沉淀反应，有利于铝银浆、珠光粉在成膜过程中的定向排列，进而可以有效提高涂料的随角异色效果，增加涂膜的金属感。在确定其他试验条件不变的情况下，分别采用不同质量分数的改性纳米二氧化钛（0、0.5、1.0、1.5、2.0%）制备丙烯酸烘干漆，丙烯酸烘干漆制备成涂层样板后进行人工老化性能测试，测试结果如表 2 所示。从表 2 数据可知，改性纳米二氧化钛对丙烯酸金属烘干漆的耐候性影响显著，当改性纳米二氧化钛加入量从 0 增加到 2%的过程中，丙烯酸金属烘干漆制备的涂膜失光情况从 3 级递减至 1 级，变色从 39.5%递减至 9.5%，失光及变色表现为先递减后稳定趋势。改性纳米二氧化钛对紫外线具有较好的吸收、散射、反射功能。综述所述，改性纳米二氧化钛加入量为1.5%较合适。3结语对纳米钛白粉进行表面改性处理得到改性纳米钛白粉，研究了 UV-9 紫外光吸收剂+GW-540 光稳定剂、纳米二氧化钛、表面改性纳米二氧化钛不同抗紫外线物质对丙烯酸烘干漆的性能影响。结果表明，加入表面改性纳米二氧化钛时，丙烯酸烘干漆涂料涂膜变色、失光最小，抗紫外线性能最强，其铅笔硬度（H）为 2、附着力 1 级，有效提高了涂层的硬度和附着力，黏度提高至 142 mPa s，降低了涂层的流动性，提高涂层的随角异色效果和涂膜金属感，实验确定改性纳米二氧化钛最佳加入量为 1.5%。综上所述，改性纳米二氧化钛可用于汽车丙烯酸烘干漆涂料中，能有效提高车辆的抗紫外线性能及提高金属闪光漆随角异色效果。参考文献1顾勇，杜茂平，徐新春，等.钛白粉的 Zeta 电位对丙烯酸乳胶漆应用性能的影响J.涂料工业，2020，50（11）：81-83.2赵欣，李梦，刘亚飞.纳米钛白粉改性丙烯酸聚氨酯涂料的制备及其紫外线耐候性能J.人工晶体学报，2016，45（6）：1677-1682.表 2不同质量分数的改性纳米二氧化钛对汽车涂料耐候性的影响项目加入量/%失光/级变色/%龟裂情况10339.5无龟裂现象发生20.5219.5无龟裂现象发生31.0116.5无龟裂现象发生41.519.5无龟裂现象发生5219.5无龟裂现象发生Preparation and Performance Study of Modified Nano Titanium Dioxide Acrylic Drying PaintZhao Shanshan,Yang Dejiang,Hou Jie,Li Ping（Longbai Group Co.,Ltd.,Jiaozuo Henan 454006,China）Abstract:Surface modification of nano titanium dioxide was carried out to obtain modified nano titanium dioxide.The effects of UV-9ultraviolet light absorber+GW-540 light stabilizer,nano titanium dioxide,and surface modified nano titanium dioxide on the performance ofacrylic drying paint were studied.The results showed that when surface modified nano titanium dioxide was added,the acrylic drying paintfilm had the smallest discoloration and loss of light,and had the strongest UV resistance.Its pencil hardness was 2,and its adhesion waslevel 1,effectively improving the hardness and adhesion of the coating.The viscosity was increased to 142 mPas,reducing the fluidity ofthe coating,improving the angular discoloration effect of the coating and the metallic feeling of the coating.The experiment determined thatthe optimal amount of modified nano titanium dioxide added was 1.5%.Key words:nano titanium dioxide;surface treatment;modification;weather resistance22窑窑