溶膠一凝膠技術(shù)及其在涂料工業(yè)中的應(yīng)用

1、溶膠一凝膠技術(shù)及其在涂料工業(yè)中的應(yīng)用 維普資訊 /0>. 第 卷第 期 年 月熱 固 性 樹 脂 . . 嘲 嘴?溶膠 一凝膠技術(shù)及其在涂料工業(yè)中的應(yīng)用郭清泉,陳煥欽華南理工大學(xué)化工所,廣東廣州摘 要:溶膠一凝膠技術(shù)是一種新型材料制備方法,可以用于無機材料,尤其是有機一無機雜化納米復(fù)合材料的制備。其在涂料工業(yè)中的應(yīng)用導(dǎo)致新型涂料和功能涂層不斷涌現(xiàn)。對溶膠一凝膠技術(shù)的基本原理、用于涂料制作和涂裝的具體工藝及此技術(shù)在涂料工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了比較全面的介紹,指出應(yīng)該重視和大力研究發(fā)展該項技術(shù)。關(guān)鍵詞:溶膠一凝膠;有機一無機雜化;涂料中圈分類號: . ; . 文獻標識碼: 文章編號:? ? 復(fù)

2、合材料一般分為兩步【 :第一,硅 或金屬 烷言膠體是顆粒大小處于納米級的一種溶液狀態(tài)。 氧基化合物的水解或酯解,生成溶膠;第二,水解當顆粒處于液體分散狀態(tài)時我們稱為溶膠 ,當 后的化合物與聚合物共縮聚,形成凝膠。此時凝膠中含有硅 或金屬 烷氧基化合物的溶劑以及共縮聚顆粒成為不流動的半固體狀態(tài)時,稱為凝膠 。所生成的水或醇。通常這種凝膠結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定,需溶膠一凝膠法?法,簡稱 ? 法 是指無進一步除去溶劑及反應(yīng)中生成的小分子物質(zhì)才能使機物或金屬醇鹽經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠過程而固化,凝膠穩(wěn)定,有時還需對之進行高溫處理。再經(jīng)過熱處理而制備氧化物或其它化合物固體的方硅或金屬烷氧基化合物的水解或酯解反應(yīng)為:

3、法? 。溶膠一凝膠法最早是由法國化學(xué)家 等人發(fā)現(xiàn),首先應(yīng)用在玻璃、陶瓷等無機材料的制 塑 作中;近十幾年來,溶膠一凝膠法已經(jīng)擴展到高分其縮聚反應(yīng)過程為:子材料制備領(lǐng)域,通過這種方法制備的有機/無機納米雜化材料,稱為,有納米材料特征, ?二 一其分散相尺度為 ,在宏觀上為透明材料;而且經(jīng)適當?shù)姆椒▽o機與有機組分摻雜在一起,。一七 。一 一 卜各組分之間形成主價鍵或次價鍵,賦予材料電學(xué)性、光學(xué)性、耐摩擦性、力學(xué)性能、功能梯度性以及其它材料所無法比擬的新性能或功能,這已成為材料溶膠一凝膠法具體用于涂料制作是以烷氧基有科學(xué)研究中發(fā)展較快的新領(lǐng)域,并引起人們的極大機硅烷,或者是元素周期表中、 族中的某

4、關(guān)注,其在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用更推動了現(xiàn)代涂料工業(yè)些元素 如 、 、 、 、 、 等 合成烷基的發(fā)展,導(dǎo)致新型涂料和涂層不斷涌現(xiàn)?；衔锖鸵恍o機鹽類 如 、 、 、 、 、這種方法的獨到之處在于能制備純的單組分體、 、 、 等的氯化物、硝酸鹽、乙酸鹽系一般指陶瓷或玻璃等無機材料 和有機無機分子等作為成膜物。它們?nèi)苡谀撤N溶劑,如乙醇或丙雜化體系或組成可控體系,加工溫度較低 室溫或醇中,然后在催化劑如鹽酸存在下,可以水解聚稍高溫度和常壓 ,并且可以根據(jù)需要,在反應(yīng)的合成透明膠體分散液,而后在膠體分散液中添加需不同階段,得到薄膜、纖維或塊狀雜化材料 。要的顏填料和助劑等。制成的溶膠一凝膠涂料涂覆溶膠一凝

5、膠技術(shù)的基本原理以后,涂膜通過水解、縮聚和熱解,固化成氧化物溶膠一凝膠法制備純無機材料和高分子/無機膜或帶有金屬的氧化物膜 因為在涂料中可以引入收稿日期: ? ?作者簡介:郭清泉 一 ,男,在讀博士研究生,主要從事化學(xué)工程及精細化工方面研究。維普資訊 /.? 熱 固 性 樹 脂 第 卷鋁、鈷、銀、鋅、鉻、鎳等粉末 。同時根據(jù)操作向上組成梯度。這些梯度折射率膜在高能激光上得工藝的不同,又具體分為預(yù)先摻雜法和凝膠浸漬 到很有價值的應(yīng)用,如當激光波長為 . 時,法,在此不再詳述 。其反射率為 . % . %,同時這些膜激光損 ?法制備無機/ 機雜化材料一般采用 壞閾值比一般減反射膜大 倍。目前此法的

6、主醇鹽和有機改性劑一 或聚合物單體一要應(yīng)用是制備減反射膜、波導(dǎo)膜、著色膜、電光效起進行水解或聚合反應(yīng),同時還可加入功能性組 應(yīng)膜、分離膜、保護膜、導(dǎo)電膜、敏感膜、熱致變分,得到的最終的材料將是無機物和聚合物的互穿 色膜、電致變色膜等。采用溶膠一凝膠技術(shù)制備防網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由于無機物與聚合物之間存在較牢固的反射涂層見文獻 。鍵結(jié)合力,這一點與一般互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料有所不 在無機涂料方面應(yīng)用的主要是硅氧基化合物,同,能使雜化物達到分子級分散水平,改善了網(wǎng)絡(luò) 早期的典型商品是 ,為一系列無機硅酸鹽膠結(jié)構(gòu);尤其是將有機一無機材料性能融為一體或賦體,其應(yīng)用范圍很廣,因其含 結(jié)構(gòu),耐熱性予其新的性能,具有其它的

7、材料制備方法所不可比 優(yōu)良,用于熔膜精密制造的耐高溫涂料。同時擬的優(yōu)異性,如傳統(tǒng)的有機無機復(fù)合方法只是達到人到乳膠中,粒子在聚合物表面定向排列,物理狀態(tài)的共混,得到的復(fù)合性質(zhì)極不穩(wěn)定,而采 待涂料成膜后就成為基料的一部分,其顯著用 ? 方法得到的有機無機雜化分子將有機高分 提高了漆膜的附著力、防脆性和早期的耐擦洗性,同時因其是水性結(jié)構(gòu),對環(huán)境不造成污染。另子和無機分子有機連接起來,所以綜合性質(zhì)良好。溶膠一凝膠法在涂料工業(yè)中應(yīng)用現(xiàn)狀 外一種硅系溶膠的原料是正硅酸乙酯,比較有名的采用溶膠一凝膠法,由于組分化學(xué)純度高,并 商品有日本 公司的 ,用其制成的涂料涂布后,正硅酸乙酯的乙氧可按使用要求添加其

8、他組分,可以制成具有各種功能的無機涂料,如耐熱涂料 可長期耐熱 基與空氣中的潮氣反應(yīng),水解成硅醇,硅醇相互縮 、耐磨涂料、太陽能選擇性吸收涂料、耐高溫 和成為凝膠,這樣形成的膜較脆,適用于富鋅底漆的制作中 。遠紅外線反射涂料、導(dǎo)電涂料、絕緣涂料、耐熱固體潤滑涂料及戶外長期耐候涂料等。用溶膠一凝膠 目前除了形成單純的無機硅氧網(wǎng)絡(luò)外,還可以法進行薄膜涂裝,可得到具有光電、電光、半導(dǎo) 在涂料中形成雜有有機鏈段的有機無機雜化硅氧網(wǎng)體、磁光、光磁、超導(dǎo)性質(zhì)的薄膜,也可以得到具 絡(luò)結(jié)構(gòu)。 等人采用多量的 三聚體做有有選擇性吸收、熱反射、電致色、光致色的涂層, 機部分,少量的正硅酸乙酯齊聚物做無機部分,將此

9、混合物涂覆于鋁面材料上,在空氣中水分的作用并可以在金屬、陶瓷、玻璃及其他材料 塑料、聚合物 上進行涂裝,從而大大擴大了涂料的功能和 下,聚合成聚脲和聚硅氧烷,由偶聯(lián)劑將無機相和應(yīng)用范圍。采用溶膠一凝膠法可以得到在無機硅氧 有機相連接,并在鋁金屬表面由硅溶膠表面的烷氧網(wǎng)絡(luò)中雜有有機高分子鏈段的新型漆膜結(jié)構(gòu)和涂層 基和金屬鋁表面的羥基生成 ? ? 共價鍵而提高了涂層與金屬表面的附著力 。等性質(zhì),這不但可以提高涂層與底材間的附著力,還可以賦予涂層有機和無機的優(yōu)良綜合性質(zhì)。 人也采用正硅酸酯為原料,配以縮丁甘油醚丙基三制備涂層和薄膜材料是溶膠一凝膠法最有前途 甲氧基硅烷和二亞乙基三胺,形成自組裝納米級

10、顆的應(yīng)用方向。其具體制備過程為:將溶液或溶膠通 粒涂層,其具有優(yōu)異的屏蔽功能,這種水性納米顆過浸漬法或轉(zhuǎn)盤法在基板上形成液膜,經(jīng)凝膠化后 粒具有無機的芯和有機的外殼,對金屬鋁面的附著力好,同時對環(huán)境友好。此外美國.通過熱處理可轉(zhuǎn)變成無定形態(tài) 或多晶態(tài) 膜或涂層。膜層與基體的適當結(jié)合可獲得基體材料原 的 撰文論述了飛機涂來沒有的電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和力學(xué)等方面的特殊性 料所用的 ? 化學(xué),有機無機雜化涂層與金能。如目前采用溶膠一凝膠法通過對膜厚控制已制 屬底材附著緊密,另外含有活性基團如氨基,與上面覆蓋的有機面漆 如環(huán)氧漆 交聯(lián)緊密 。備出由 ,一和 一一一等組成的減反射膜,其反射率僅為 %,使 公

11、司的 等研究用硅一丙烯太陽能電池效率提高 %【 。由,一 酸的溶膠一凝膠技術(shù)來改善汽車的罩光清漆。他們 ,一 一 形成膜經(jīng)過化學(xué)處理后, 用正硅酸乙酯的縮合物和含丙烯酸基的三硅氧基硅不僅能控制膜的孔結(jié)構(gòu),而且還能在控制膜厚度方 烷反應(yīng)制得有機無機雜化物,加入到常規(guī)汽車罩光維普資訊 /. 第 期 郭清泉等:溶膠一凝膠技術(shù)及在涂料工業(yè)中的應(yīng)用清漆中,提高了汽車涂層的耐擦洗性和耐酸雨腐蝕間繼電器給出信號,控制器使執(zhí)行機構(gòu)打開閥門,性酬。另外, 等人采用新的烷氧系統(tǒng)壓力下降,涂料通過管道以恒定流速,從浸涂硅烷前體,經(jīng)溶膠一凝膠技術(shù)制得的涂層改善了對室中流人涂料貯罐。涂料流出速度用傳感器 控紫外光的耐性

12、。制,適宜的流出量使液柱每秒減少 。當涂料溶膠一凝膠涂料的涂裝工藝【流速失調(diào)時,控制器會發(fā)出指令給閥門的執(zhí)行用溶膠 一凝膠涂料對金屬或合金材料進行涂機構(gòu)以控制流量。結(jié) 語裝,工藝為:金屬或合金材料工件表面除銹與凈化一 涂裝一 自然干燥或烘烤。 溶膠一凝膠技術(shù)可以拓展涂料的功能和應(yīng)用范金屬或合金材料工件的表面可以采用機械或手 圍,其雖然離真正實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用還有一段工除銹和凈化方法,然后用干布擦凈。用浸涂、噴 距離,但我國硅酸鹽和正硅酸乙酯資源豐富,而溶涂或刷涂進行涂裝。涂料的粘度對涂層厚度影響很 膠一凝膠法制成的漆膜又具有很多其他普通材料所大,涂料粘度大則涂膜厚,反之則薄。若涂料粘度 沒有

13、的性質(zhì),同時國內(nèi)外關(guān)于納米涂料的研制與爭過大,易使涂膜厚薄不均勻,并在干燥過程中產(chǎn)生 鳴方興未艾,這種方法采用的即是納米級的溶膠基應(yīng)力,影響膜層的附著力。浸漬時間和浸漬壓力與 料,與目前市場上納米涂料普遍采用的納米級炭涂膜厚度也有關(guān)系,浸漬時間長,則涂膜厚。浸漬 黑、二氧化鈦等填料有所不同,所以現(xiàn)在應(yīng)該重視壓力大,涂膜也厚。為了使形狀復(fù)雜的工件表面涂 溶膠一凝膠技術(shù)的研究和大力發(fā)展該項技術(shù)的應(yīng)層均勻,可以采用加壓浸涂。加壓浸涂的設(shè)備示意 用。圖見圖 。 參考文獻: 徐建海,張德.溶膠一凝膠法的技術(shù)進展與應(yīng)用現(xiàn)狀 】.地質(zhì)科技情報, : ? . , ,. ? 】./ , : .,.? 】. ,

14、: . 張劍峰,鄭強,等.溶膠一凝膠法制備高分子有機/無機復(fù)合材料 】.功能材料, , :?. 符連社,張洪杰,等.溶膠一凝膠法制備無機/ 機雜化材料研究進展.材料科學(xué)與工程, : ? . 王德憲.談?wù)勅苣z凝膠浸鍍法的基本原理 】.玻璃, ,: ? , .浸涂室; .涂料貯罐; .涂料輸送臂; .恒壓系統(tǒng); , , .調(diào)速系統(tǒng); .壓縮空氣源; .壓縮空氣貯罐; 吐 盯., :.波面?zhèn)鞲衅? .閥門及閥門控制系統(tǒng); .時間繼電器; , ,. .控制器; .傳感器; .帶有執(zhí)行機構(gòu)的閥門; .工件 ., :.圖 加壓浸涂設(shè)備示意圖 ,. 加壓浸涂工藝流程為:將經(jīng)過除銹、凈化的工 】. 件放人浸涂室中,并將它垂直固定,使涂料流人與 , , :? .排出時不會使其移動。從壓縮空