返回頂部
返回首頁
返回首頁
歡迎訪問  中國牛涂網   | 今天是   
中國牛涂網全新改版進行中!
福彩3d杀和值尾那里有
home 您現在的位置: 首頁 >裝修施工>技術中心 > 詳細信息
改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性
2019年12月25日    閱讀量:665    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

0 前言

我國居住建筑單位面積能耗是發達國家的3 倍,隔熱保溫涂料的研究、發展與應用有利于降低建筑能耗、加強環境保護。水性隔熱保溫涂料在隔熱保溫涂料中占有重要的地位,據國外報導,利用水性隔熱保溫涂料至少可節約建筑能耗30%以上[1]。


凹凸棒土(Attapulgite)又名坡縷石[2],是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸黏土礦物,理想的化學式可表示為Mg5Si8O20 ( OH2)(OH2)4·4H2O涂料在線coatingol.com。凹凸棒土具有棒狀晶體細長(長0.5~5 μm、寬0.05~0.15 μm)且晶體內部具有多孔道結構,外表面凹凸相間,內表面積和外表面積都很大[3]。


其集合體為土狀、致密塊體構造,產于沉積巖和風化殼中,顏色為白色、灰白色、青灰、微黃或淺綠,弱絲絹或油脂光澤。土質細膩,有油脂滑感,相對密度小(約1.6),性脆(摩氏硬度2~3 級),潮濕時呈黏性和可塑性,干燥收縮小,且不產生龜裂,吸水性強,可達到150%以上,pH 值約為8.15。凹凸棒土儲量豐富,價格低廉[4]。


因為凹凸棒土具有特殊的鏈層狀、晶體內多孔道等結構特點,理論上可以被制備成性能良好的水性隔熱外墻涂料的隔熱單元。本文將通過對凹凸棒土進行適當的改性,制成隔熱單元,用于水性隔熱外墻涂料的制備,并通過自制的隔熱效果測試裝置對涂料的隔熱效果進行測試。


1 實驗部分

1.1 凹凸棒土的改性原理

1.1.1 凹凸棒土的酸處理

凹凸棒土原土礦物的晶體邊界模糊,有較多的泥質雜質,經酸處理后,不但可以除去原土礦物中的泥質雜質和碳酸鹽雜質,而且可以疏通孔洞,增大凹凸棒土的內表面積。


并且用酸處理一段時間,氫離子先取代凹凸棒土表面四面體中的鋁、鐵、鎂等金屬陽離子,形成膠體狀的表面具有反應活性的硅羥基硅酸鹽類礦物,隨著酸進一步溶蝕,凹凸棒土晶體內部八面體陽離子比四面體中陽離子的交換活性高、溶出速度快[5]。


正是由于凹凸棒土的這種不均勻、不連續溶解使得凹凸棒土內部孔道開放,而且孔徑增大,利于酸質子進入凹凸棒土孔道內部取代八面體位置上的陽離子形成具有反應活性的硅羥基。


但是增加酸的強度和濃度、延長反應時間,會導致凹凸棒土八面體位置上的陽離子全部溶出,使凹凸棒土轉變成具有針狀形貌的無定形二氧化硅。因此,在酸處理凹凸棒土時,一定要控制好強酸的濃度和反應時間,以獲得具有良好性能的凹凸棒土[6]。酸處理的方法很多,有硫酸法、鹽酸法以及硫酸-鹽酸混合法。一般認為鹽酸法易活化、易洗滌,硫酸法成本較低,國內工廠都采用硫酸法,而實驗室試驗多用鹽酸活化。


1.1.2 凹凸棒土的硅烷偶聯劑處理

由于凹凸棒土的表面富含Si—OH 極性基團,因此可以采用偶聯劑對其進行處理。通過偶聯劑的偶聯作用,使之與涂料基體大分子鏈彼此相連,形成交聯結構,改善凹凸棒土與涂料基體的界面,起到很好的分散作用[7]。


有研究發現,凹凸棒土經過硅烷偶聯劑改性后,凹凸棒土表面碳的質量百分數從14.2%升高到36.3%,與硅烷水解產物的含量相近,說明硅烷被固定到凹凸棒土的表面;硅的質量百分數從14.6%提高到26.7%,低于硅烷水解產物的45.3%,說明凹凸棒土表面的硅烷除了化學鍵合以外,還有少量的硅烷發生自縮合成聚硅氧烷醇,包覆在凹凸棒土的表面,形成柔性的界面層。經過硅烷處理后的凹凸棒土的表面,不含Fe、A1、Mg 元素,這進一步說明形成了包覆在凹凸棒土表面的聚硅氧烷醇界面層[8-9]。


1.2 主要原材料與儀器設備

1.2.1 主要原材料及隔熱涂料的基本配方

本試驗用凹凸棒土的平均粒徑D 為1.51 μm,偶聯劑選用硅烷偶聯劑KH550,主要原材料及隔熱涂料的基本配方見表1。

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

1.2.2 主要儀器設備

(1)通用儀器設備:JL-1155 激光粒度分布測試儀,QS50氣流粉碎機,XZM1 型振動磨樣機,實驗室用分散乳化機等。

(2)自制涂料隔熱效果測試裝置

自制涂料隔熱性能測試裝置是參照美國軍標MIL-E-46136(A)所提供的設計方案,并結合自身的測試需求加以改進的。

測試裝置采用350 W 紅外燈模擬室外太陽照射情況,用厚度為5 cm 的聚苯乙烯泡沫箱模擬房屋外墻及室內環境,聚苯乙烯泡沫箱的上表面有一大小和試板相同的卡口,并用溫度測試儀測試試板上表面及下表面溫度(見圖1)。

具體測試步驟如下:

①將涂有隔熱涂料的試板放在聚苯乙烯泡沫箱上方的中心卡口中,涂有隔熱涂料的一面向上。

②調節紅外燈與試板之間的距離為500 mm,并保持紅外燈在試板幾何中心的正上方。接通電源,每隔5 min 記錄試板下表面的溫度,直到溫度基本沒有變化達到平衡時停止記錄。

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

1—350W 紅外燈;2—試板;3—聚苯乙烯泡沫箱;4—溫度測試儀

圖1 涂料隔熱效果測試裝置示意


1.3 改性凹凸棒土的制備

(1)先用不同濃度的鹽酸對凹凸棒土進行處理:配制濃度分別為6、3、2、1 mol/L 的鹽酸。在電動攪拌機攪拌下,將50 g(共4 份) 凹凸棒土分別慢慢加入濃度分別為6、3、2、1 mol/L

的300 mL 鹽酸中,繼續攪拌6 h 后,再將凹凸棒土的懸濁液抽慮、洗滌濾餅,并用氨水調節pH 值至7~8。

(2)偶聯劑處理:稱取2 g 硅烷偶聯劑KH550 置于錐形瓶中,然后量取10 mL 36%的醋酸與硅烷偶聯劑混合,振蕩使其混合均勻,靜置。將上述用鹽酸處理過的凹凸棒土加入到300 mL 蒸餾水中,攪拌制成懸濁液,然后在攪拌的情況下加入用醋酸處理過的硅烷偶聯劑,繼續攪拌6 h 后,離心洗滌,至上層清液中滴加硝酸銀溶液無黃色沉淀生成為止,最后于真空烘箱中70 ℃烘干,待用。用同樣方法對未經鹽酸處理的凹凸棒土用硅烷偶聯劑進行處理,作對比試驗用。將干燥后的樣品依次先用振動磨樣機粉碎,再用氣流粉碎機進一步粉碎。即得到纖維充分解束,平均粒徑D50 小于5.0 μm 的凹凸棒土礦物纖維隔熱單元材料。


1.4 水性隔熱涂料的制備

用量筒取70 mL 蒸餾水,置于圓底燒杯中。用電子天平分別稱取20 g 改性凹凸棒土、40 g 鈦白粉、10 g 空心玻璃微珠,在攪拌器高速攪拌下置于上述燒杯中,再分別加入適量的分散劑、防腐劑、消泡劑、增稠劑。繼續攪拌1 h,直至分散成均勻的漿狀。


此時一次加入苯丙乳液100 ml,防凍劑丙二醇5ml,再加入適量成膜助劑二乙二醇乙醚、Texanol(醇酯-12)、纖維素、AMP-95、潤濕劑、消泡劑NXZ,最后加入適量增稠劑。繼續攪拌40 min,至乳液與漿狀填料混合均勻,關閉攪拌器。將制得的涂料密封保存,待用。將制備的隔熱涂料涂在尺寸為150 mm×75 mm×5 mm 的鋁板上,放置7 d,自然晾干。為了保證不同測試試板上隔熱涂料的涂層厚度基本相同,每次涂裝試板時需控制涂料的用量為40 mL 左右。


2 結果與討論

2.1 凹凸棒土酸處理對涂料隔熱性能的影響

分別將經0、1、2、3 和6 mol/L 鹽酸處理并經偶聯劑處理的凹凸棒土摻入涂料中,按表1 配方制成水性隔熱涂料(凹凸棒土摻量為9.1%)。涂料隔熱性能的測試結果見表2。

表2 酸處理濃度對涂料隔熱效果的影響

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

注:①空白為未涂刷隔熱涂料的空白試板溫度隨時間變化數據。

由表2 可以看出,

(1)紅外燈照射1 h 左右時,涂有摻改性凹凸棒土隔熱外墻涂料試板的下表面溫度比空白試板的低20 ℃左右,說明該隔熱涂料具有明顯的隔熱效果;隔熱涂料在經過紅外燈照射50 min 左右時,試板的下表面溫度就基本達到平衡。


(2)摻2 mol/L 鹽酸處理過的凹凸棒土的隔熱涂料隔熱效果最明顯,試板下表面的平衡溫度最低;摻3 mol/L 鹽酸處理過的凹凸棒土的隔熱涂料隔熱效果其次;而摻6 mol/L的鹽酸處理過的和未經鹽酸處理過的凹凸棒土的隔熱涂料隔熱效果最差。


分析原因可能正是因為沒有經過酸處理的凹凸棒土含有大量雜質,而雜質并不具有疏松多孔結構,所以降低了隔熱涂料的隔熱性能;用強酸處理凹凸棒土雖然可以很好的清除凹凸棒土里含有的大部分雜質,并使凹凸棒土的外表面變得平滑,但是強酸同樣可能會導致凹凸棒土的中空孔道結構塌陷,破壞了凹凸棒土本來具有的疏松多孔針狀結構,所以摻6 mol/L 鹽酸處理過的凹凸棒土的隔熱效果會有所降低。


2.2 偶聯劑處理凹凸棒土對涂料隔熱性能的影響

按表1 配方,分別摻入未經偶聯劑處理的凹凸棒土和經偶聯劑KH550 處理的凹凸棒土,制成隔熱涂料,凹凸棒土摻量為9.1%。由于摻經2 mol/L 鹽酸處理過的凹凸棒土的隔熱涂料隔熱效果最佳,所以在此對比試驗中的凹凸棒土都經2mol/L 鹽酸處理。隔熱涂料的隔熱效果對比見圖2。

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

圖2 偶聯劑處理凹凸棒土對涂料隔熱性能的影響

由圖2 可以看出,偶聯劑處理凹凸棒土對隔熱涂料的隔熱性能具有明顯的影響。硅烷偶聯劑在酸的催化下,使凹凸棒土與涂料基體大分子鏈彼此相連,形成交聯結構,改善凹凸棒土與涂料基體的界面,起到很好的分散作用。而沒有經過偶聯劑處理的凹凸棒土則與涂料基體不能很好地結合,導致凹凸棒土分散不均勻,隔熱效果受到較大影響。


2.3 凹凸棒土摻量對隔熱涂料隔熱性能的影響

將經2 mol/L 鹽酸處理的凹凸棒土進行偶聯劑處理制成隔熱單元后,摻入隔熱涂料中制成改性凹凸棒土隔熱涂料。凹凸棒土摻量對涂料隔熱效果的影響見表3。

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

由表3 可以看出,改性凹凸棒土摻量為涂料總量的10%~40%時,涂料的隔熱效果均優于未摻改性凹凸棒土的隔熱涂料。在改性凹凸棒土摻量為10%~40%的隔熱涂料中,以改性凹凸棒土摻量為10%的隔熱涂料平衡溫度最高;而當改性凹凸棒土摻量從20%增加到40%時,雖然隔熱涂料的平衡溫度有所降低,但是變化并不明顯;但當改性凹凸棒土的摻量為40%時,隔熱涂料出現明顯的龜裂。所以,改性凹凸棒土隔熱單元的摻量以20%~30%最為適宜。


2.4 隔熱涂料涂層厚度對隔熱效果的影響

將凹凸棒土經2 mol/L 鹽酸處理后再進行偶聯劑處理制成隔熱單元后,摻入涂料中制成隔熱涂料。其中,改性凹凸棒土摻量占隔熱涂料總量的20%。改變隔熱涂料的涂裝次數,得到不同涂層厚度的試板。隔熱涂料涂層厚度對隔熱效果的影響見表4。

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

由表4 可以看出,隨著隔熱涂料涂層厚度的增加,隔熱涂料的平衡溫度有降低的趨勢。由于4.5 mm 的涂層太厚,附著力不佳,涂裝繁瑣且容易脫落,所以該隔熱涂料的涂層厚度以3~4 mm 較合適。


2.5 隔熱涂料的部分常規性能指標

由以上試驗所得出的利用改性凹凸棒土作為隔熱單元的水性隔熱外墻涂料的最佳條件制成隔熱涂料,并對其部分常規性能進行測試,結果見表5。

表5 隔熱涂料的部分常規性能指標測試結果

改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備,通過對凹凸棒土進行不同方法的處理及改性 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

3 結語

(1)通過酸處理凹凸棒土對隔熱涂料隔熱性能的影響研究表明,若酸性較弱,對凹凸棒土處理不徹底;若酸性過強,則會破壞凹凸棒土針狀多孔結構,用濃度為2~3 mol/L 鹽酸對凹凸棒土進行酸處理的效果最佳。

(2)通過偶聯劑處理凹凸棒土對隔熱涂料隔熱性能影響研究表明,偶聯劑對凹凸棒土改性是非常必要的。硅烷偶聯劑KH550 處理可以明顯提高凹凸棒土隔熱單元的隔熱效果,通過對2 mol/L 鹽酸處理過的凹凸棒土進行KH550 處理,可以使隔熱涂料的隔熱效果提高4.0 ℃左右。

(3)經2 mol/L 鹽酸和硅烷偶聯劑KH550 處理的凹凸棒土隔熱單元在隔熱涂料中的摻量為20%~30%,隔熱涂料的涂層厚度為3~4mm 時,涂料容易涂裝,且隔熱效果明顯。



改性凹凸棒土作為隔熱單元的新型水性隔熱外墻涂料的制備


程晟,王群英,熊君山,劉先國

(中國地質大學材料科學與化學工程學院環境學院,湖北武漢430074)


標簽:行業資訊原料動態建材百科產品資訊建材應用市場評論技術中心成品材料建筑基材建筑施工涂料油漆建筑材料裝修施工
免責聲明: 本文僅代表作者本人觀點,與中國建材網無關。本網對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。本網轉載自其它媒體的信息,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理。客服郵箱:[email protected] | 客服QQ:23341571
相關文章HOT
今日頭條Show更多
    熱點排行Hot
      微信關注WeChat
      掃描二維碼,獲取手機版最新資訊 中國牛涂網 您還可以直接微信掃描打開
      全站地圖

      深圳網絡警察報警平臺 深圳網絡警
      察報警平臺

      公共信息安全網絡監察 公共信息安
      全網絡監察

      經營性網站備案信息 經營性網站
      備案信息

      中國互聯網舉報中心 中國互聯網
      舉報中心

      中國文明網傳播文明 中國文明網
      傳播文明

      深圳市市場監督管理局企業主體身份公示 工商網監
      電子標識

      福彩3d走势图综合版