球磨法提高无机反射涂料黏结强度.pdf

第卷 第期 年月：球 磨 法 提 高 无 机 反 射 涂 料 黏 结 强 度李 茂 红，周 杏 芝，梁雷，屈 树 新，王平，李 福 海（西 南 交 通 大 学土 木 工 程 学 院；材 料 科 学 与 工 程 学 院，成 都）摘要：为 进 一 步 提 高 无 机 反 射 涂 料 与 基 体 材 料 间 的 黏 结 强 度，研 究 了 球 磨 机 研 磨涂 料 固 化 剂（）获 得制 作 涂 料，采 用 激 光 粒 度 仪、射 线 衍 射 仪、扫描 电 子 显 微 镜 对进 行 性 能 表 征，以为 空 白 对 照。测 试 了制 作 的 涂 料 黏 结 强 度，用 红 外 光 谱 仪、扫 描 电 子 显 微 镜、能 谱 仪 表 征 其 微 观 组 成 结构，并 以制 作 的 涂 料 作 空 白 对 照。结 果 发 现，研 磨 使具 有 更 小 的 颗粒 尺 寸 和 晶 粒 尺 寸，使在 涂 料 中 分 布 更 均 匀，并 提 高聚 合 程 度 和 分布 的 均 匀 程 度，最 终 提 高 涂 料 的 黏 结 强 度。该 研 究 能 进 一 步 拓 宽 该 涂 料 的 使 用 范围 和 延 长 使 用 寿 命。关 键 词：球 磨；无 机 反 射 涂 料；黏 结 强 度；反 应 活 性中 图 分 类 号：文 献 标 志 码：文 章 编 号：（），（；，）：（），：；收 稿 日 期：基 金 项 目：国 家 自 然 科 学 青 年 基 金 项 目（）；中 央 高 校 基 本科 研 业 务 费 学 科 交 叉 研 究 专 项 项 目（）；西 南 交 通 大 学年 本 科 教 育 教 学 研 究 与 改 革 项 目作 者 简 介：李 茂 红（），女，四 川 眉 山 人，博 士，高 级 工 程 师，主要 从 事 建 筑 材 料 的 教 学 与 科 研 工 作。：；：通 信 作 者：王平（），男，湖 北 宜 昌 人，博 士，教 授，主 要 从 事铁 道 专 业 的 教 学 与 科 研 工 作。：；：引言反 射 涂 料 涂 覆 于 建 筑 物 表 面 利 用 其 内 部 反 射 颜 料反 射 太 阳 光，有 利 于 建 筑 节 能 并 减 小 高 铁 轨 道 板 的 温度 变 形。其 中，有 机 反 射 涂 料 存 在 有 毒、耐 久 性 差 的 问题。高 铁 轨 道 板 涂 料 因 承 受 高 铁 列 车 高 速 运 行 产生 的 巨 大 风 力 和 雨 水 冲 淋 作 用，需 具 有 较 好 的 黏 结 强度。且 涂 料 黏 结 强 度 低 将 导 致 涂 层 易 从 基 体 上 脱第卷落 下 来。因 此，进 一 步 提 高 黏 结 强 度，有 利 于 延 长涂 料 使 用 年 限，拓 宽 使 用 范 围。常 用 的 提 高 涂 料砂 浆 与 基 体 黏 结 强 度 的 方 法，包括 添 加 硅 烷 偶 联 剂，添 加 纳 米 材 料，涂 覆 前 对 基质 表 面 进 行 处 理，涂 覆 后 进 行 热 处 理。添 加 材料，会 导 致 反 射 颜 料 的 占 比 降 低，不 可 避 免 地 削 弱 涂 料的 太 阳 能 反 射 率，若 含 有 吸 光 基 团 削 弱 作 用 还 会 进 一步 加 剧。基 体 预 处 理 或 热 处 理，不 方 便 施 工 操 作 或 导致 成 本 明 显 增 加。因 此，上 述 方 式 的 使 用 均 有 一 定 的局 限 性。而 球 磨 法 可 在 不 改 变 原 材 料 种 类 和 数 量 的 情 况下，提 高 建 筑 材 料 的 力 学 强 度。这 主 要 是 因 为 球 磨 机研 磨 可 减 小 胶 凝 材 料 或 其 固 化 剂 的 颗 粒 尺 寸 及 晶 粒 尺寸，从 而 提 高 胶 凝 材 料 的 反 应 活 性。如，采 用 球 磨 机 研磨 粉 煤 灰 制 备 的 地 聚 物 比 采 用 未 经 研 磨 粉 煤 灰 制 备 的地 聚 物 黏 结 强 度 高。研 磨 使 珍 珠 岩 基 砂 浆 的抗 压 强 度 由 未 经 研 磨 的 提 高 到 研 磨 后 的 。因 此，球 磨 法 是 可 以 在 不 降 低 太 阳光 反 射 性 能 前 提 下，通 过 改 善 黏 结 组 分 性 能，并 增 强 反应 活 性 来 提 高 反 射 涂 料 黏 结 强 度 的 可 行 方 法。但 目 前未 见 采 用 球 磨 法 提 高 涂 料 黏 结 强 度 的 相 关 报 道。针 对 这 一 情 况，本 文 研 发 了 一 种 具 有 高 太 阳 反 射率、耐 水 的 无 机 反 射 涂 料，即 水 玻 璃 基 反 射 涂 料 的 基 础上 进 一 步 提 高 黏 结 强 度。该 水 玻 璃 基 反 射 涂 料 以为 胶 凝 材 料，为 固 化 剂，为 颜料，加 水 拌 合 制 得。本 研 究 通 过 球 磨 法 对 无 机 反 射 涂料 中 的 固 化 剂 进 行 改 性，希 望 进 一 步 提 高 涂 料 的 黏 结强 度。球 磨 后 的 固 化 剂 采 用射 线 衍 射 仪（，）、激 光 粒 度 仪（，）、扫 描 电 子 显 微 镜（，）进 行 性 能 表 征。同 时，以 球 磨 后 的 固化 剂 制 备 无 机 反 射 涂 料，测 试 其 黏 结 强 度，并 采 用 红 外光 谱 仪（，）、能 谱 仪（，）表征 其 微 观 组 成 结 构，探 索 提 高 涂 料 黏 结 强 度 的 相 关机 理。材 料 制 备 与 表 征 原 材 料试 验 所 用 材 料：，模 数，波 美 度，含 量，山 东 优 索 化 工 科 技 有 限 公 司；，山 东优 索 化 工 科 技 有 限 公 司；，成 都 市 科 龙 化 工 试剂 厂。的 球 磨 及 性 能 表 征本 研 究 采 用行 星 式 球 磨 机（长 沙 米 琪仪 器 公 司）对进 行 球 磨，其 转 速 为 ，球磨 时 间；然 后 置 于真 空 烘 箱（上 海 精宏 公 司）中 烘 至 恒 重，记 为；采 用 激 光 粒 度 仪（公司）表 征的 颗 粒 尺 寸 分 布 及 平 均 颗 粒 尺 寸；采 用（飞 利 浦 公 司）表 征 其 晶 相 及 晶 粒尺 寸，其 扫 描 电 压 为、电 流 为，扫 描 速 度；采 用（公司）表 征 形 貌，测 试 电 压 为，放 大 倍 数 为 倍。以为 空 白 对 照。涂 料 制 备 及 性 能 表 征（）涂 料 制 备。涂 料 采 用、和 水 以 的 比 例 共 混，搅 拌 制 备涂 料，对 应 命 名 为。并 以替 代制 作 涂 料，命 名 为 作 空 白 对 照。（）性 能 表 征。涂 料 采 用材 料 力 学 试验 机（鑫 光 公 司）测 试 黏 结 强 度；采 用（尼 高力 公 司）表 征 涂 料 的 红 外 官 能 团，样 品 制 作 采 用压 片 法；采 用表 征 涂 料 断 面 形 貌；采 用（公 司）进 行 面 扫 描，获 取元 素 在 涂料 中 的 分 布。结 果 与 分 析 球 磨性 能（）分 析。图所 示 为和的谱 图，二 者 均 在、等 处 出 现 衍 射 峰，与 卡 片 号 为 的特 征 峰 对 应。上 述 结 果 表 明，球 磨 既 未 致 使发生 晶 相 转 变，也 未 致 使 新 相 形 成，与等的 研 究 结 果 是 一 致 的。采 用软 件 计 算在最 强 衍 射 峰 处 的 半 峰 宽，并 用 如 下 谢 乐 公 式计 算：式 中：为 晶 粒 尺 寸；为射 线 衍 射 波 长，；为 最 强 衍 射 峰 的 半 峰 宽；为 布 拉 格 角。计 算 获得的 晶 粒 尺 寸 为，明 显 小 于的晶 粒 尺 寸。晶 粒 尺 寸 更 小，说 明 其具 有 更 低 的 结 晶 度，甚 至 部 分 无 定 型 化，这 将 使 其 反 应图 和的第期李 茂 红，等：球 磨 法 提 高 无 机 反 射 涂 料 黏 结 强 度活 性 得 到 提 高。可 推 断，研 磨 使晶 粒 尺 寸减 小，利 于 反 应 活 性 提 高。（）激 光 粒 度 仪 分 析。图所 示 为和的 颗 粒 尺 寸 分 布 曲 线。由 图 可 知，和的 平 均 颗 粒 尺 寸 分 别 为 和 ，表 明球 磨 能 明 显 减 小 固 化 剂 的 平 均 颗 粒 尺 寸。这 是 因 为，球 磨 能 产 生 大 量 能 量 碾 压，而呈 脆 性，因此 易 发 生 碎 裂，致 使 颗 粒 尺 寸 减 小。图 和粒 径 分 布 曲 线（）分 析。图所 示 为和放 大 倍 的图。由 图 可 知，种 样 品 呈 现 明显 差 异，球 磨 后 的颗 粒 尺 寸 明 显 小 于 未 经 球磨 的的 颗 粒 尺 寸，这 也 印 证 了 激 光 粒 度 仪 分 析的 结 果。图 和的 涂 料 性 能 及 表 征（）黏 结 强 度。图所 示 为种 涂 料 的 黏 结 强度。比 的 黏 结 强 度 高，说 明涂 料 固 化 剂 的 球 磨 能 明 显 提 高 涂 料 黏 结 强 度，有 利 于耐 久 性 的 提 高 和 使 用 范 围 的 扩 大。而 黏 结 强 度 提 高 的具 体 原 因，还 需 进 一 步 结 合 后 面 涂 料 的 微 观 组 成、结 构表 征 结 果 进 行 分 析。图 和 的 黏 结 强 度（）分 析。图所 示 为 和 种 无 机 反 射 涂 料 在 波 数 范 围内 的 红 外 吸 收 光 谱 图。由 图 可 知，在 附 近 出 现 吸 收 带，而 的 吸 收 带 则 蓝 移至 附 近。并 且 在 附近 新 增 了 明 显 的 吸 收 带。位 于 附近 的 吸 收 带 源 于的 非 对 称 伸 缩 共 振（表 示 中 间硅 原 子 通 过键 与个 相 邻 的 硅 原 子 相 连）。位 于 附 近 的 吸 收 带 源 于的 非 对 称 伸 缩 共 振（的 结 构 为 中 间 硅 原 子 通 过键 与个 相 邻 的硅 原 子 相 连）。其 中，中的 聚 合 程 度 小 于。、的 分 子 结 构 如 图所 示。根 据 上 述 分 析，中的 聚 合 程 度 高 于，即球磨 后 能 更 好 地 促 进凝 结 硬 化，最 终 促 进 涂料 黏 结 强 度 的 提 高。聚 合 程 度 的 提 高 主 要 归功 于 研 磨 减 小 了的 颗 粒 尺 寸 及 晶 粒 尺 寸。当 制 作 涂 料 时，与 水 接 触，溶 解 性 提 高，促 进 （）的 化 学 解 离 反应，解 离 出 更 多 的。从 而 降 低 涂 料 溶 液 的值，提 高中聚 合 反 应 程 度，从 而 提 高涂 料 强 度。图 和 的 红 外 光 谱图硅 酸 钾 固 化 后和分 子 结 构（）分 析。图所 示 为 和 种 无 机 反 射 涂 层 断 面 的图。由 图 可 知 涂 层 断 面 相 对 更 平 整 均 匀。等发 现 在 涂 料 制 备 过 程 中更 高 的 聚 合 程度 能 减 小 收 缩 和 孔 隙，并 形 成 更 均 匀、密 实 的 涂 层。类似 地，上 述 红 外 分 析 结 果 表 明 中聚 合程 度 更 高，初 步 推 断 这 是 提 高 涂 层 平 整 均匀 的 原 因 之 一。另 外，的 颗 粒 尺 寸 和 晶 粒 尺第卷寸 均 比小，更 易 均 匀 分 散，这 也 是 提 高 涂 层 断 面 平 整 均 匀 的 原 因 之 一。图 和 的（）分 析。图所 示 为种 涂 料 中元 素 的图。其 中，红 色 亮 点 表 示元 素。由 图 可 知，中元 素 分 布 更 为 均 匀。原 材 料 中，仅含 有元 素，据 此 可 推 断，因 研 磨 作用，提 高 了 其 在 涂 料 中 的 分 散 均 匀 程 度。同 时 有 利 于促 进聚 合 物 更 均 匀 分 布，从 而 提 高 涂 料 的 黏 结 强度。这 也 印 证 了分 析 中 关 于在 涂 料 中分 布 更 均 匀 的 推 断。图 和 中元 素 的结语本 文 采 用 球 磨 机 对 涂 料 中 的 固 化 剂 进 行 研 磨，改善 固 化 剂 性 能，通 过 实 验 表 征 结 果 表 明：采 用 球 磨 机研 磨 的作 固 化 剂 提 高 无 机 太 阳 反 射 涂 料 的 黏 结强 度 具 有 可 行 性；研 磨 减 小 了颗 粒 尺 寸 和 晶粒 尺 寸；研 磨 的使 涂 料 黏 结 强 度 提 高；尺 寸 减 小，增 加 其 反 应 活 性，促 进 涂 料 中更好 地 聚 合 和 更 均 匀 分 布，最 终 使 无 机 反 射 涂 料 更 加 密实。该 方 法 是 提 高 无 机 反 射 涂 料 黏 结 强 度 的 有 效 方法，能 拓 宽 该 涂 料 的 使 用 范 围 和 延 长 使 用 寿 命。参 考 文 献（）：，：李 茂 红，潘璋，凌 晨 博，等促 聚 合 与 生 物 矿 化 改 善 轨 道 板 用钠 水 玻 璃 性 能 西 南 交 通 大 学 学 报，（）：胡军一 种 新 型 硅 酸 盐 保 温 隔 热 涂 料 的 研 究 西 安：西 北大 学，（）：，：，（）：，：，（）：，：，：，：，：，：，?，（）：，（）：樊 自 田，董 选 普，陆 浔 编，水 玻 璃 砂 工 艺 原 理 及 应 用 技 术 北 京：机 械 工 业 出 版 社，：檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿殨殨殨殨办 好 期 刊，用 好 期 刊，提 升 理 念，推 进 实 验 室 的 创 新 与 发 展。