高性能纳米杂化抛光砖防护液的研究

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1、高性能纳米杂化抛光砖防护液的研究摘要本文分别利用溶胶-凝胶法和水性纳米粒子的表烦改性技术配制了三种新型的纳米杂化防护液，研究了防护液干燥成膜的疏水性、铅笔硬度、透明性以及其对抛光砖的渗透粘接情况。经纳米杂化防护液处理后的瓷质抛光砖均具有良好的持久防污性和耐磨性能。关键词纳米杂化，溶胶-凝胶，表面改性，防污剂1刖S近年来，随着国内建筑装饰材料的迅猛发展，出现了许许多多的自清洁耐沾污涂料，它们在石材表面防护、内外墙自清洁、玻璃金属防腐蚀等方面发挥了重要作用。根据涂层耐沾污机理，这些表面处理涂料可分为以下六种：（1）低表面能疏水型；（2）亲水性

2、表面型；（3）“漆膜微粉化”型；（4）高玻璃化转变温度型；（5）光催化型；（6）导静电型。目前最为常用的是低表面能疏水型防污涂料［1］,它们往往涉及到低表面能的有机硅氟材料，在天然大理石、水磨石、文化石、广场地砖、瓷质抛光砖等多种室内外建材表面防护处理及内外墙防污中有着广阔的应用［2〜5］。然而，冃前文献报道的大多数瓷砖用的有机硅氟防污涂料在硬度及耐磨性方面仍欠佳，在外力破坏作用下易失去防污效果。有机/无机纳米杂化材料具有高硬度、耐磨、热稳定性好和耐久性强的性质，尤其具有显著的力学强度、优良的光学透明性和良好的附着力等特点，而含硅有机/无

3、机纳米杂化材料还具有较低的表面张力，是一种理想的疏水防污材料。我们通过多年的开发研究，采用溶胶-凝胶和表團改性技术制备岀几种溶剂型和环保水基型的硅基纳米杂化材料，对比研究它们在瓷质抛光砖中的防污性能，以期对陶瓷防污技术有所改善。2实验部分2.1主要原料水性硅溶胶（固含量30%）、正硅酸乙酯（TE0S）、无水乙醇、溶剂汽油、有机硅烷前驱体等，以上均为市售工业品。醇性防护液FWA、汽油基防护液FWG、汽油基硅氟防污剂FS、水基防护液WS均为自制产品。2.2防护液配制2.2.1洛剂型纳米杂化防护液将有机硅烷前驱体与TE0S一起通过溶胶-凝胶法制

4、备出纳米杂化材料，然后按一定比例加入到醇性防护液FWA中制得醇性纳米杂化防护液NFWA,或者加入到汽油基防护液FWG中制得汽汕基纳米杂化防护液NFWGo2.2.2水性纳米杂化防护液将水性硅溶胶与有机硅烷前驱体反应，制得表面改性硅溶胶，然后按一定比例与水基防护液WS混合均匀，即可得到水性纳米杂化防护液NWSo2.3膜的制备将上述制得的硅基纳米杂化防护液在干净平整的玻璃片上涂胶，振动让其自然流平，室温自然干燥1天，膜厚保持在2~3pm之间，于70°C干燥4h后再升温至110°C保温lh,冷却至室温可制得疏水膜。2.4仪器和测试方法日本电子公司

5、JEM-CX100II型透射电子显微镜。用日本rma角度计式接触角测定仪测量涂料玻璃片上自然干燥成膜后表面的水接触角。按照GB/T6739-1996标准测试涂膜的铅笔硬度。2.5防污性测试将防护液处理抛光砖表烦2遍，放置1天后分别进行茶水、墨水、油性笔、水泥浆等防污性能测试。将污染物茶水、墨水滴在经防护液表面处理过的抛光砖表面，保留一段时间，然后用清水擦洗，或者将污染物油性笔在砖表面做记号，一段时间后用乙醇擦洗，考察其表面对各种污渍的防污、抗污效果。水泥浆试验是将水泥浆涂在砖表面上，然后用穿皮鞋的硬脚底面用力踩踏多次，最后用水清洗，观察砖

6、表面的抗磨损能力和防污性能。3结果与讨论3.1杂化材料的透射电镜表征（见图1、图2）将有机硅前驱体与TEOS制得的杂化硅溶胶在室温下放置10天，经稀释后采用磷钩酸负染色，然后进行透射电镜测试，测得纳米粒子的平均粒径为80~100nmo将经有机硅烷表面改性的水性硅溶胶稀释后用TEM测试其平均粒径,仅为10~20nmo3.2防护液涂膜的疏水性、硬度和表面光洁度疏水防污涂料的防污机理是利用涂膜的低表血能，而水接触角是衡量涂膜表面能的重要参数。水接触角大，膜表面能低，疏水防污性强。我们将口制的有些已商品化的防护液涂膜的一些性能测试结果列于表1屮。

7、不同介质中防护液在干燥成膜后都有较大的水接触角，它们都具有较强的疏水防污性，特别是含有纳米杂化材料的NFWA、NFWG和NWS,由于纳米粒子使得表面具有一定的细微粗糙度，使得实测的水接触角偏大。涂膜的铅笔硬度表明其抗铅笔划伤的能力，一定程度也能反映其耐磨防污性能。一般来说，硬度大，膜玻璃化转变温度越高，能抵抗外界摩擦损伤和各种压应力破坏的能力越强，易清洗，防污效果也有提高。表1明显可见，由于纳米粒子的增强作用，普遍都使膜硬度提高，特别是醇性的纳米防护液NFWA,铅笔硬度达9H。除了冇机硅氟防护液FS涂膜呈亚光半透明（适用于不改变表面色彩和

8、光泽的基材）夕卜，其它6种防护液都能使抛光砖表面光洁度有一定的提高，可从70度提高到95度以上。通过调节一定的纳米材料尺寸和用量比例，可使NFWA和NVS涂膜表面呈半透明状，适用于一些特殊的场