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匯富納米氣相納米材料在涂料中應用優勢
文章來源:中化新網     更新時間:2024-12-16 16:10:07
 涂料是一種廣泛應用于建筑、汽車、船舶、航空航天、家具等眾多領域的材料,其性能的優劣直接影響到被涂覆物體的外觀、使用壽命和功能特性。近年來,氣相法納米材料的出現為涂料行業注入了新的發展活力,在賦予其優異性能的同時,顯著改善了涂料生產、運輸、存儲和施工過程中性能,包括涂料的物理性能、力學性能、耐候性能、耐腐蝕性能、光學性能和環保性能等,氣相法納米材料憑借其精準的粒徑控制、高表面活性、高化學穩定性、高純度、耐高溫和良好的分散性等特點逐步成為涂料領域創新技術研發、應用場景擴展的重要原材料和功能助劑。

  氣相法納米材料是一種直接使用氣體,或通過各種方式將物質轉變為氣體,使之在氣態狀態下發生物理變化或者化學反應,最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子。基本上是由氫氧火焰高溫水解反應得到,該方法生成的粒子具有純度高、顆粒分散性好、粒徑分布窄、粒徑小等特點。目前市場上主流的氣相法納米材料包括氣相二氧化硅、氣相法納米氧化鋁、氣相法納米二氧化鈦等。

  氣相二氧化硅(Fumed Silica),又稱氣相法白炭黑,是由鹵硅烷(例如甲基三氯化硅、四氯化硅)在氫、氧火焰中高溫水解,生成二氧化硅粒子,然后驟冷,顆粒經過聚集、分離、脫酸等后處理工藝而獲得產品,純度高達99.8%以上。根據表面化學基團不同,可分為非處理型(親水型)和處理型(疏水型)。同時,氣相法納米氧化鋁、氣相法納米二氧化鈦也是用類似的方法生產。

  那么,在涂料領域應用中,氣相法納米材料有哪些行業應用優勢呢?

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  一、優異的液態體系的流變及觸變性調控

  氣相法納米材料優異的流變控制效果,能夠有效增加涂料的粘度,改善其觸變性,這種效果有助于涂料攪拌、涂刷,保證涂層的均勻性和美觀度,提高施工質量。

  在氣相二氧化硅充分分散情況下,在液態體系中加入剪切作用力,二氧化硅附聚體被打散成聚集體,形成良好的分散體。聚集體之間通過氫鍵以及范德華力的作用,形成一個由二氧化硅粒子組成的剛性三維網絡,體系粘度增加,表現出增稠性能。在剪切力的作用下,氫鍵和范德華力遭到破壞,體系粘度降低,表現出剪切變稀的特點。剪切力消除的情況下,網絡得以恢復,體系粘度增加。這就是氣相二氧化硅增稠觸變原理。

  在應用中,經匯富納米技術人員多年研究發現,在高極性、中等極性和非極性體系中,氣相二氧化硅對液態體系的流變控制效果有明顯差異。其中親水型氣相二氧化硅在非極性體系中增稠觸變效果表現優異;但當親水型氣相二氧化硅由于體系存在極性較強的基團,使其分散時,極性基團對氣相二氧化硅表面的硅羥基基團有親和力,造成氣相二氧化硅大量聚集在極性基團周圍,難以在整個液體體系中形成完整的三維網絡,出現氣相二氧化硅微粒的溶劑化作用, 就會使得觸變網絡的穩定性降低。

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  二、優異的液態體系抗流掛功能

  當涂料在直立面和斜面施工過程中,由于重力的作用,涂層會上薄下厚的現象,甚至出現流掛現象。涂料滴落不僅會造成施工過程中不必要的浪費,更容易造成施工人員多次、重復性涂刷,既增加了人力成本,由浪費了時間成本。

  得益于氣相二氧化硅粒子在液體體系中形成三維網絡結構,良好的觸變性可使涂料在刷子或噴槍停止作用后迅速恢復粘度,避免出現流掛、滴落現象,有效限制基體的流動,防止流掛現象的發生。

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  三、優異的液態體系防沉降功能

  涂料配方各異,成分大相徑庭,不同的顏料和填料會因它們的粒徑大小和密度不同,往往在重力影響下容易發生沉降現象。

  氣相二氧化硅表面存在大量硅羥基,這些硅羥基之間可形成氫鍵作用,使氣硅粒子相互連接形成三維網狀結構。同時,硅羥基還能與涂料基體中的極性液體或高分子材料等形成氫鍵,從而在體系中構建起氣相二氧化硅和基體之間的 “互穿網絡”。這種網絡結構能夠 “托” 住涂料中的顏填料,阻止其下沉,從而有效起到防沉降的效果。

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  四、優異的液態體系耐腐蝕性能

  石油化工儲罐、集裝箱運輸、鋼結構平臺、海洋平臺、船舶、海港等設施設備由于所處環境復雜,極易受到化學腐蝕和電化學腐蝕,因此在這些領域中,重點關注的是涂料的防腐性能。

  氣相二氧化硅可以使涂層更加致密,強度更高,避免出現薄涂層被攻破的情況,尤其疏水型氣相二氧化硅的加入,還可提高涂層的防水性和耐鹽霧性,保持涂料在惡劣的海洋環境或高鹽度環境中的穩定性。

  五、優異的提升漆膜及涂層力學性能

  氣相二氧化硅是一種非常優異的補強材料,可提高涂層的附著力和本體強度。氣相二氧化硅的加入,提高涂層致密性和硬度,提升其抗刮擦性,可以提高涂膜的耐磨性能、耐污性能,另外氣相二氧化硅還具有極強的紫外線吸收、紅外光反射特性,添加在涂料中能提高涂料的抗老化性能及熱穩定性。

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  六、優異的粉末涂料抗結塊和助流動作用

  氣相納米材料(氣相二氧化硅、氣相法納米氧化鋁)具有超微細納米粒徑,當在三維高速混合機中與粉末涂料充分分散后,氣相二氧化硅能夠均勻的包裹住固體顆粒表面,阻隔空氣中水分與粉末涂料顆粒的直接接觸,同時在表面形成“滾珠效應”,涂料顆粒就像安裝了車轱轆一樣,自由流動性大大提高。其次,氣相納米材料一般具有超高的比表面積,具有較強的吸附能力,可以將顆粒或粉末間隙中的油脂和水分吸收,減少了粉體吸濕的可能,從而減緩其吸潮結塊的速度。

  此外,氣相法納米氧化鋁本身帶有正電荷,可改善粉末的摩擦帶電性,提高粉末上粉率, 降低粉末回收率, 提升了粉末的利用率。

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