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纳米复合涂料
2013-06-12 16:18来源:上海市涂料研究所 作者:姜英涛
聚合物纳米复合材料能以少量纳米填料而使聚合物的物理性能有很大的增强，纳米复合涂料是其品种之一。这种性能的增强源于漆膜的“超结构”。超结构是由纳米颗粒的絮凝簇组成的网络，即聚合物网络，以及纳米颗粒表面与聚合物相互作用（以范德华引力与离子或共价键结合）所形成的复合三维网络。絮凝网络还可赋予漆膜其他性能，例如，当絮凝网络由导电纳米颗粒形成时，则成为电流的通道而成为导电涂料。
要形成完美的絮凝网络，必须使纳米颗粒充分分散。然而纳米颗粒的比表面积很大，表面能也很大，要充分分散十分困难。可用表面改性剂，改善纳米颗粒的分散性，使之与聚合物更相容，并施加高剪切力。热塑性聚合物的相对分子质量较大，会相互缠绕而形成网络。在分散中，随着絮凝出现，它逐渐趋向超结构而黏度增大，会形成假固体而使分散更为困难。热固性聚合物相对分子质量较小，只有在交联后才能形成网络，相对而言，对分散更有利。即便如此，要获得满意的分散性还是比较困难。层叠结构的陶土，其晶包厚度在100 nm 以下。虽然它是一维量度的纳米颗粒，但对聚合物纳米复合材料的物理性能也有增强效果，并可用比剪切应力更大的分子力将晶包间距增大，成为相邻间无相互作用的离层（exfoilation），或有聚合物插入相邻晶包间的插层（intercalation）的分散状态而形成絮凝网络。
在水性涂料中，可用钠基陶土。其晶包间有相邻两者共享的Na+。在水中，Na+ 水合而增大体积，将间距增大，使表面活性剂和单体可随之渗入。由于共享Na+ 的存在，提高了电解质浓度，从而降低了表面活性剂的临界胶束浓度而形成胶束，使单体增溶于其内，可进行乳液聚合。
在溶剂型涂料中，可用亲油的有机改性陶土。有机改性陶土作为流变助剂在涂料中应用已久，有一套成熟的预分散工艺。在此工艺中，先用溶剂润湿有机改性陶土，然后加入含水的甲/ 乙醇。以甲/ 乙醇为载体将水渗入晶包间，使在有机改性中剩余的Na+ 水合，再一次将晶包间距增大，从而使单体或低相对分子质量聚合物更多地渗入而获得离层或插层的分散。
插层于陶土晶包间的聚合物在燃烧中受限于狭窄的通道不能逸出而碳化。碳化层阻挡了热传导而起到了阻燃作用，可用作阻燃涂料。如前所述，纳米颗粒的分散程度是纳米复合材料物理性能增强的关键，所以测定其分散程度是品质控制的要点。随着分散的进行，絮凝程度随之增大，流变行为也随之改变。据报道，有用剪切变稀行为，以幂定律（power law）模型（τ=Arn）的指数n 来量化分散程度。曾用3 种有机改性陶土，以相同的配方和操作在环氧树脂中分散后测试其分散性，结果表明：以三辛基甲基氯化铵改性的陶土n 值最小；用多缩丙二醇二乙基氯化铵改性的陶土n 值最大；用十六烷基辛基氯化铵改性的陶土n 值居中。对聚合物物理性能的增强，以三辛基甲基氯化铵改性陶土最好，十六烷基辛基氯化铵改性陶土次之，多缩丙二醇二乙基氯化铵改性陶土最差，等同于常规填料。 (责任编辑：admin)
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