CN102205306A

CN102205306A - 一种提高有机材料表面耐候性的方法

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Publication number: CN102205306A
Application number: CN201110086507XA
Authority: CN
Inventors: 戴文新; 付贤智; 陈旬; 刘平; 王绪绪; 员汝胜; 郑华荣; 李朝晖
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-10-05

Abstract

本发明涉及一种提高有机材料表面耐候性的方法，该方法是用二氧化钛纳米涂料或复合二氧化钛纳米涂料，涂覆在有机基底材料表面，制成无机纳米涂层，以提高有机材料表面耐候性。所述方法利用无机防护膜的吸收紫外线作用减少有机底层受到紫外线的辐射，从而提高底层有机材料或有机涂层的耐候性能。同时利用无机涂层的氧化物特性（不燃烧氧化）提高有机底层的阻燃作用。能够广泛的应用在各种有机材料表面，具有良好的耐候性，方法简单易行，效果良好。

Description

一种提高有机材料表面耐候性的方法

技术领域

本发明涉及户外用建筑材料，具体的说是一种可提高户外用有机建筑材料或材料表面有机涂料底层耐候性的技术。

背景技术

随着材料制备技术的发展，塑料、橡胶等多种有机复合材料因其轻便、韧性好等结构特性而被越来越广泛的应用于楼房、高速公路、桥梁、交通车辆以及船舶海洋工程设施等建筑领域中。钢铁等金属材料是另一种常见的户外用建筑材料，但由于其易生锈常常需要在其表面涂覆各种有机防护涂料（油漆）以提高其防腐性能；另外，混凝土外墙表面通常也涂覆一层有机外墙涂料用以提高建筑物的装饰性能。由于建筑物外表面长期处于太阳（紫外线）照射下,各种有机材料和有机涂层表面往往出现老化现象而导致性能下降。因此，不断提高有机材料或有机防护涂料的耐候性能是拓宽其应用的保障。

为了提高有机建材和涂料的耐候性，人们一方面不断开发新型结构的材料，如耐候性能良好的氟碳涂料；另一方面对现有材料进行改性，如有机硅改性醇酸类、有机硅改性环氧类、丙烯酸改性氯化橡胶类、丙烯酸改性环氧类、聚氨酯改性醇酸类、丙烯酸改性醇酸类等各种改性有机涂料。然而，上述材料产品性能再好、耐候性再强，其有机特性还会使其无法避免太阳光（紫外线）、盐雾等引起的老化行为。不难想象，无机涂料有可能具有超强耐候性，避免老化。但单纯的无机涂层不够致密，难以对基底材料起到很好的防护作用，为此通常在常规有机涂料中掺入无机抗老化剂以提高涂层的抗老化性能。最常用的抗老化剂是纳米级的二氧化钛和二氧化硅等无机物质。纳米二氧化硅的团聚体是一种无定型白色粉末，表面状态呈三维网状结构，具有极强的紫外线吸收、红外光反射特性，能提高涂料的抗老化性能；纳米二氧化钛也具有吸收紫外线的效应，同样提高涂料的耐老化性。然而，掺有无机抗老化剂的涂料成膜时其有机部分依然可暴露在表面，能够直接受到太阳光照射及其他环境气候影响最终导致其快速老化。现有技术中对于塑料等有机建材（如PVC塑料），通常在其表面涂覆一层光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基捕捉剂提高其耐太阳光照射引起的老化作用。但这些材料通常是有机材料，本身也存在老化现象。而无机型光稳定剂往往掺杂在材料中使用，成膜使用时需要化学沉积、离子溅射等辅助设备，其高成本不易使其推广使用。

发明内容

本发明针对现有技术存在有机材料因紫外线照射而引起的老化问题，提供一种可提高有机材料耐候性能的方法。该方法简单易行，效果良好。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种提高有机材料表面耐候性的方法是用二氧化钛纳米涂料或复合二氧化钛纳米涂料，涂覆在有机基底材料表面，制成无机纳米涂层，以提高有机材料表面耐候性。

所述的二氧化钛纳米涂料或复合二氧化钛纳米涂料的涂覆量为：80-120 mL/m²。

所述的复合二氧化钛纳米涂料包括二氧化钛与SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、ZnO、SnO₂中的任意一种或几种组成的复合二氧化钛纳米涂层。

所述的有机基底材料表面为干燥的表面。

所述的有机基底材料包括户外使用的有机建材。

所述的户外使用的有机建材包括墙体涂料、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、有机玻璃、彩钢板、铝塑板、防护涂料中的任意一种。

本发明是在常规有机材料表面涂覆一层纳米无机防护膜，利用无机防护膜的吸收紫外线作用减少有机底层受到紫外线的辐射，从而提高底层有机材料或有机涂层的耐候性能。同时利用无机涂层的氧化物特性（不燃烧氧化）提高有机底层的阻燃作用。

本发明的优点在于：与通过改变结构或在有机基材中掺杂无机物提高有机材料耐候性的常规技术不同，本发明是将无机耐候涂层与有机基底材料使用提高基底材料的耐候性，即在有机基底材料表面涂覆一层无机涂层以提高基底材料的耐候性能，无机涂层稳定性强、可吸收紫外线从而避免或减少有机基底受到紫外线辐射而引起老化现象。不仅如此，无机涂层是无机氧化物，本身异常稳定不会氧化燃烧、对于底层有机材料具有阻燃作用，这为现今高层建筑的防火提供了一条新途径。本发明技术由于其具有良好的耐候性，可以广泛应用于墙体涂料、混凝土、石膏板、木材、木质纤维板、塑料、有机玻璃、彩钢板、铝塑板、防护涂料（油漆）等户外使用的各种有机建材表面。

附图说明

图1是本发明技术思路提出框架图；

图2是本发明技术制得的涂层结构示意图，1-有机基底材料，2-无机涂层；

图3是样片紫外光强化老化试验对比结果，结果显示，普通有机基底材料表面涂覆纳米无机涂层后提高了其耐候性。

图4是样片阻燃性试验对比结果，结果显示，普通有机涂料表面涂覆纳米无机涂层后提高了其阻燃性。

具体实施方式

1.涂料的制备，包括纯二氧化钛涂料及含其他氧化物的复合二氧化钛涂料的制备。

（1）纯二氧化钛涂料制备：在酸性pH<5或碱性pH>7的条件下将钛的醇盐（例如钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯）水解，得到均匀透明的溶胶，通过渗析法调节溶胶的pH值至1~5制得二氧化钛涂料。

（2）复合二氧化钛涂料制备：含其他氧化物的复合二氧化钛溶胶制备方法有两种。制备方法一是将硅、铝、锆、锌或锡的醇盐在酸性pH<5或碱性pH>7的条件下水解成均匀透明的单一组分的SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、ZnO或SnO₂溶胶，分别调节pH值至1～5，而后其中的一种或几种与二氧化钛溶胶，按上述氧化物的总重量含量与二氧化钛的重量含量之比为1：99～75：25进行混合，制得含其他氧化物的复合二氧化钛溶胶。制备方法二是先将两种或两种以上不同组分的相应醇盐按上述醇盐的总重量含量与钛醇盐的重量含量之比为1：99～75：25进行混合，混合均匀后在酸性pH<5或碱性pH>7的条件下水解成含其他氧化物的复合二氧化钛溶胶，调溶胶pH值至1~5。纯二氧化钛溶胶组成为：二氧化钛含量为0.1～20.0重量%，其余为水；而在复合二氧化钛溶胶中，二氧化钛含量为0.1~20.0重量%，所含有的其他氧化物组分含量各自为0.1～5.0重量%，其余为水。

2.涂料的涂覆

本发明制得的上述无机纳米涂料，可在干燥的有机基底材料表面按常规方式进行刷涂和喷涂使用，无需进行其他各种后处理。

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1：纯二氧化钛涂料的制备

将1.1毫升浓硝酸（68％）加入150毫升的去离子水中配成均匀溶液，在强烈搅拌下将12.5毫升的钛酸四异丙酯缓慢滴入酸性水溶液中，水解得到的含有白色沉淀的悬浮液在40℃下继续搅拌直至白色沉淀溶解形成均匀透明的溶胶。把溶胶装入渗析膜袋中用2升去离子水进行渗析处理，每隔12小时换一次水至渗析水最终pH值为3.2，制得纯二氧化钛涂料。该涂料中，二氧化钛晶粒大小为6～10 nm。

实施例2：二氧化钛－二氧化硅复合涂料的制备

在强烈搅拌下，将5毫升正硅酸乙酯缓慢滴入由0.25毫升浓硝酸（68％）与10毫升去离子水配成的溶液中，继续搅拌直至形成均匀透明的二氧化硅溶胶。此溶胶通过渗析后，取其10毫升与100毫升按实施例1制备的二氧化钛溶胶搅拌混合均匀，然后通过与实施例1中相同的渗析处理，调pH值为2.8，制得复合二氧化钛涂料。在此涂料中，二氧化钛含量为2.3重量%，二氧化硅含量为1.1重量%，pH值为2.8。

实施例3：有机基材表面涂覆纳米无机涂层

分别在PVC塑料板、有机玻璃和彩钢板表面（10×10cm大小）按喷涂方式涂覆一层按实施例1制备的二氧化钛涂料（用量为100 mL/m²），自然晾干后获得涂覆有无机涂层的PVC塑料板、有机玻璃和彩钢板样片。

实施例4：常规外墙涂料和油漆表面涂覆纳米无机涂层

（1）在清洁处理后的平板玻璃（10×10cm大小）表面均匀刷涂一层市售外墙涂料，自然干燥后刷涂一层按实施例2制备的复合二氧化钛涂料（用量为100 mL/m²），自然晾干制得外墙涂料和无机涂层的复合涂层样片。

（2）在清洁处理后的平板玻璃（10×10cm大小）表面均匀刷涂一层醇酸油漆，自然干燥后刷涂一层按实施例2制备的复合二氧化钛涂料（用量为100 mL/m²），自然晾干制得油漆和无机涂层的复合涂层样片。

实施例5：涂覆有纳米无机涂层样片的紫外光强化老化实验

将实施例3和4制得的有无机涂层的PVC塑料板、有机玻璃、彩钢板、外墙涂料和油漆样片放置在一强化老化耐候试验机中，样片表面紫外光（313 nm为主）强度1.0 W/m²,观察光照时间对样片外观的影响。并分别与未涂覆无机涂层的PVC塑料板、有机玻璃、彩钢板、外墙涂料和油漆空白样片进行比较。结果见图3所示。

实施例6：涂覆有纳米无机涂层样片的阻燃性实验

实验按国家标准《饰面性防火涂料防火性能分级及试验方法——木板燃烧法》（GB/T 15442.2-1995）进行。先在一种5层胶合板上涂覆一层醇酸油漆，而后在自然干燥后刷涂一层按实施例2制备的复合二氧化钛涂料（用量为100 mL/m²），自然晾干制得油漆和无机涂层的复合涂层样片。而后按标准测试样品的耐热时间，并与只涂覆醇酸油漆的胶合板空白样片比较。结果见图4所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种提高有机材料表面耐候性的方法，其特征在于：所述方法是用二氧化钛纳米涂料或复合二氧化钛纳米涂料，涂覆在有机基底材料表面，制成无机纳米涂层，以提高有机材料表面耐候性。

2.根据权利要求1所述的一种提高有机材料表面耐候性的方法，其特征在于：所述的复合二氧化钛纳米涂料包括二氧化钛与SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、ZnO、SnO₂中的任意一种或几种组成的复合二氧化钛纳米涂层。

3.根据权利要求1所述的一种提高有机材料表面耐候性的方法，其特征在于：所述的有机基底材料包括户外使用的有机建材。