纳米二氧化铈改性水性氟碳涂料的研究

梁光容，陈炳耀，姚荣茂，陈明毅

(1.广东三和化工科技有限公司 广东 中山 528429 2.广东顺德三和化工有限公司 广东 佛山 528325）

关键字：纳米二氧化铈；水性氟碳涂料；耐老化性；防霉、抗菌。

0 引言

铈属于稀土元素中重要的原子结构之一，化学性质非常活泼丰富，在与其他元素参与化学反应的过程中生成用途广泛、功能丰富多样化等多品种新型材料。此外，铈等稀土元素还具有丰富的电子能，凭借自身优异的光、电、磁、核等特性一直在化工、冶金、石油等行业广泛应用。纳米二氧化铈不仅具有吸收可见光和红外线的功能，同时对于照射到纳米二氧化铈的光反射出去，大大地减少了光对材料的老化，延长涂料老化时间。

水性氟碳涂料不仅有良好的高硬度、耐候性、耐沾污等综合性能，还具备有健康、环保优点，符合涂料行业“油退水进”的发展趋势，受到涂料消费市场追逐和热捧。本试验是在水性氟碳漆生产过程中加入稀土二氧化铈进行改性，进一步增强水性氟碳漆涂料的耐老化性能，延长涂料使用寿命。同时，通过充分发挥出稀土二氧化铈的表面活性，来提高水性氟碳涂料杀菌、防霉等性能。

1 实验部分

1.1 主要原料及设备

1.1.1 主要原料

（1） cf-803水性氟碳乳液，广州宣宁化工科技有限公司；

（2） JL-CeO2-1微米二氧化铈、JL-CeO2-2纳米二氧化铈、JL-CeO2-2纳米二氧化铈水分散液，宁波金雷纳米材料科技有限公司；（3） 涂料助剂，毕克助剂（上海）有限公司；（4） 其余钛白粉、滑石粉等颜填料，均为市售。1.1.2 主要设备

（1） QUV紫外加速老化试验机,美国Q-LAB公司；

（2） 现代环境SFJ-400砂磨、分散、搅拌多用机，上海现代环境工程技术股份有限公司；

（3） C84－111反射率仪、QFS耐洗刷测定仪，天津市精科联材料试验机有限公司；

（4） ZHS系列恒温恒湿培养箱；上海喆图科学仪器有限公司；

（5） BKQP-L高压蒸汽灭菌锅，济南博鑫生物技术有限公司。

1.2 改性氟碳漆涂料的制备

1.2.1 改性氟碳漆涂料原料配方

氧化铈改性水性氟碳涂料的基本配方见表1。

1.2.2 制备工艺

表1 二氧化铈改性水性氟碳涂料配方

首先将上述配方表中序号为1～2的原料按量加到实验容器中，开启搅拌机低速搅拌均匀，然后加入3～5的助剂类材料继续搅拌；开始加入6～9颜填料，加完后开启高速分散，取样检测细度；细度合格之后加入10～13的助剂，再搅拌20min即可研磨备用。

1.3 性能测试

涂料的常规性能按GB/T9755-2001《合成树脂乳液外墙涂料》的规定进行测试，防霉性能按GB/T1741-2007《漆膜耐霉菌性测定法》进行测试，抗菌性能参照GB15979-2002《一次性使用品卫生标准》附录C：产品杀菌性能、抑菌性能与稳定性测试进行测试。

2 结果与讨论

2.1 二氧化铈对涂料老化性能的影响

2.1.1 二氧化铈状态对涂料老化性能的影响

根据市场上对二氧化铈需求的不同，市面上将二氧化铈加工成微米二氧化铈、纳米二氧化铈、纳米二氧化铈水分散液共3个品种。以上3种不同状态的二氧化铈粒径大小不同，分散效果差异明显。通过表2数据可以看出，微米二氧化铈对涂料耐老化性的提升效果最差，而纳米二氧化铈，特别纳米二氧化铈分散液只需添加l%左右，就可以将水性氟碳漆的耐人工加速老化提高600h以上，这是微米二氧化铈所无法比拟的。试验数据详见表2。

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表2 不同状态二氧化铈对涂料耐人工加速老化性的影响

2.1.2 纳米二氧化铈添加方式对涂料耐老化性的影响

水性氟碳漆生产过程中，纳米二氧化铈加入时间点不同，研制出来的涂料耐老化性能也不一样。本试验中，为了验证二氧化铈加入时间点的差异，分别选择在研磨与调漆阶段各加入纳米二氧化铈和纳米二氧化铈水分散液，试验数据如表3所示。

表3 二氧化铈加入方式对涂料耐老化性的影响

由表3可见，纳米二氧化铈添加时间点不同，所制备氟碳漆涂料耐老化性能也有所差异。特别是未经过水分散的纳米二氧化铈，选择在研磨阶段加入效果还算明显，但如果选在调漆阶段加入，人工老化3 530h后就出现微粉化，耐老化效果很不理想。而纳米二氧化铈水分散液已经提前分散过，无论是在调漆还是研磨阶段加入均能起到良好的耐老化效果。试验证明，纳米二氧化铈如果选在剪切力小的调漆阶段加入，必须做好预处理成纳米二氧化铈水分散液，否则分散不佳很难达到提升耐老化性能的效果。

2.1.3 纳米二氧化铈用量对涂料耐老化性的影响

以上试验数据可以看出，纳米二氧化铈的加入有效地提升了涂料的耐老化性能。为了进一步验证纳米二氧化铈不同用量对涂料的耐老化性能的影响，实验中分别加入5个不同含量的纳米二氧化铈，制备了5组实验样品，实验数据详见表4。

表4 纳米二氧化铈用量对涂料耐老化性的影响

从以上表4可以看出，纳米二氧化铈用量加到1%时，氟碳漆涂料的耐老化时间比未添加多725h，充分证明了纳米二氧化铈显著的提高了涂料耐老化性能。但是当纳米二氧化铈用量超过1%时，涂料的耐人工加速老化性能增幅开始下降，实验证明纳米二氧化铈的加入量也不是越多越好，控制在1%左右最佳。

2.2 纳米二氧化铈用量对涂料防霉抗菌性能的影响

表5 纳米二氧化铈用量对涂料防霉抗菌性能的影响

从以上表5数据可以看出，未添加纳米二氧化铈的氟碳漆涂料防霉等级为2，每增加0.5%的纳米二氧化铈，氟碳漆涂料防霉等级下降1级。当加入量为1%时，氟碳漆涂料的防霉性已经达到最优，在放大约50倍下无明显长霉，此时涂料对大肠埃希氏菌的抗菌率达到99.9%以上。

虽然纳米二氧化铈添加1.0%就能让氟碳漆涂料达到优异的防霉等级和大肠埃希氏菌良好的抗菌率，但是1.0%的纳米二氧化铈对金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌这两大类的真菌看率效果远远是不够的。

2.3 涂料PVC对防霉抗菌性能的影响

PVC，颜料体积浓度，涂料中颜料和基料的体积比的变化同样会影响防霉抗菌性能。为了验证涂料PVC对防霉抗菌性能的影响，本试验通过调节乳液用量制备不同PVC的涂料，将涂料PVC值从25%～45%之间制备了5个样品，制备样品抗菌率数据详见表6。

上述表6数据中，涂料中乳液用量逐渐增多制备不同的PVC涂料，氟碳漆涂料的防霉抗菌率随着涂料PVC值的增加逐步提升。PVC值增加，涂料中的颜料体积比增加，涂膜密度变得稀疏，才得以提高涂料的防霉抗菌性。

表6 涂料PVC对防霉抗菌性能的影响

3 结语

（1）引用稀土纳米二氧化铈对水性氟碳漆涂料进行改性，可以显著地提高涂料的耐人工老化性。稀土纳米二氧化铈使用前用水分散预处理，可以达到更好的抗老化效果，使用量在1.0%左右最佳。

（2）纳米二氧化铈赋予了水性氟碳漆涂料杀菌、防腐功能，在涂料中加入l%量的纳米二氧化铈材料，使得涂料不仅具有优异的防霉性，而且对大肠埃希氏菌的抗菌率达到99．9%以上。

（3） 涂料涂料中颜料和基料的体积比 (PVC值)，会影响到涂膜密度，进而影响到涂料防霉抗菌性。氟碳漆涂料PVC值越低，其防霉抗菌性越差，涂料生产过程中必须注重乳液用量的调节，保证合适的PVC值。