有机涂料进展外文翻译资料

 2022-01-27 10:01

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有机涂料进展

A. Comite , E.S. Cozza , G. Di Tanna

摘要

建筑是世界各地能源的巨大消耗者，大量的能源被用于建筑的供暖和制冷。这种采暖和空调负荷可以通过多种方式减少;一个值得注意的可能性是建筑围护结构的设计和选择。因此，在建筑中使用保温材料有助于降低每年的能源成本。本文的目的是提出一种基于水性基体的新型涂料，该涂料经-氧化铝改性后形成无机有机复合涂料。给出了热导率的表征和性能。由于颗粒的高表面积和薄膜中存在间隙腔，该产品作为绝缘材料显得十分有趣。

关键词：伴热保温 热导率 活性氧化铝 涂层 屏障属性

  1. 介绍

由于建筑行业的能源使用占世界能源使用总量的很大一部分，提高建筑的能源效率是有需求的。因此，在这方面，被动房和零排放建筑的概念正在被引入。

建筑保温对满足提高能源利用效率的要求具有重要作用。为了获得尽可能高的保温电阻，除了使用目前建筑围护结构厚度不断增加的传统保温材料外，还开发了新的保温材料和低导热值的解决方案。然而，考虑到与经济、建筑面积、建筑限制和其他限制、材料使用和现有建筑技术有关的空间问题，非常厚的建筑围护结构是不可取的[1]。

建筑保温材料或解决方案的关键性能是导热系数，通常的策略或目标是实现尽可能低的导热系数(lambda;lt; 0.065 w /mk)。低导热系数使建筑围护结构相对较薄，具有较高的导热性能电阻R (m2 K/W)和低透射率U值(W / m2 K)[1]。

建筑保温有以下几种基本材料和复合材料[2]:

  1. 无机材料。(i)玻璃、岩石和矿渣棉等纤维材料。矿物棉的典型导热系数值在30 ~40mw /(mK)之间。(二)硅酸钙、粘结珍珠岩、蛭石、陶瓷制品等多孔材料。
  2. 有机材料。(i)纤维素、棉花、木材、纸浆、甘蔗或合成纤维等纤维材料。(二)软木、泡沫橡胶、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯等多孔材料。软木的典型导热系数值在40 ~ 50mw /(mK)之间。膨胀聚苯乙烯(EPS)的典型导热系数值在30 ~ 40mw /(mK)之间;EPS具有部分开孔结构。挤压聚苯乙烯(XPS)具有封闭的孔隙结构;XPS的典型导热系数值在30 ~ 40mw /(mK)之间。典型的聚氨酯导热系数值在20 - 30mw /(mK)之间，即远低于矿棉、聚苯乙烯和纤维素产品。
  3. 金属或金属化反射膜。它们必须面对充满空气、充满气体或真空的空间才能有效[1,3]。

其他建筑材料的导热系数，包括承重材料的导热系数，通常远远高于热建筑的导热系数值保温材料，即建筑保温材料的需求和应用的根本原因。作为比较，典型的例子可能是木材(0.1-0.2W /(mK))，碳钢(55W/(mK))，不锈钢(17W/(mK))，铝(220 w /(mK))、混凝土(0.15 - -2.5 w /(mK))、石膏(0.9 w /(mK)),轻骨料(0.1 - -0.7 w /(mK)),砖(0.4 1 w /(mK)),石头(1-2W /(mK))和玻璃(0.8 w /(mK))[1].

Areogel是一种可能的解决方案，作为保温材料，可能是目前最有前途和潜力的选择[4-7]。据报道，商用气凝胶在环境压力下的导热系数在12到14 mW/(mK)之间。然而，气凝胶的生产成本仍然很高。气凝胶具有较高的抗压强度，但由于其抗拉强度很低而非常脆弱。气凝胶的一个非常有趣的方面是，它们可以作为不透明、半透明或透明的材料生产，从而实现广泛的建筑应用。无论如何，气凝胶要成为广泛应用于不透明应用的隔热材料，其成本必须大幅降低[1]。

当使用保温材料时，为了降低建筑内的热流，导热系数较低的材料应具有最佳的厚度，从而形成经济的体系。绝缘厚度会增加投资成本，但能源成本会降低到材料厚度得到优化的程度，从而实现最高的总体成本节约[8,9]；因此，表面涂料作为热障可能是一个有趣的解决方案。

近二十年来，由于对溶剂基涂料中挥发性有机化合物的排放有严格的环境规制，水性涂料越来越受到人们的重视。为了保持产品质量的稳定和开发新产品，对这些新涂层的结构表征和阻隔性能的测量变得至关重要。水性涂料通常含有不同的添加剂，在这些添加剂的不同替代品中进行适当的选择对制造商和研究人员都是一个挑战。一些研究小组已经报道了颗粒形态、无机颜料的表面处理、防腐蚀添加剂、填料、分散剂以及粘合剂材料的性质对水性涂料性能的影响[10-17]。

实际上，在许多应用中，涂料的阻隔性能是决定性能的关键因素:例如，在防止金属腐蚀、混凝土碳化和木材腐烂方面。因此，为了设计出合适的产品，油漆工艺师需要了解控制性能的重要参数[1。

例如，添加添加剂和颜料不仅改善了涂层的外观，而且还有助于提高涂层的许多性能，如抗紫外线、耐腐蚀和机械性能，如划痕和磨损。本研究以丙烯酸基水性涂料为基体，经活性酸氧化铝改性，形成无机-有机复合涂料[19]。

Al2O3在高温下具有良好的化学稳定性，是一种极具吸引力的耐磨涂层材料。此外，与其他材料[20]相比，Al2O3在高温下相对较小的导热系数将为基体提供更有效的热保护[21,22]。Al2O3以多种晶型存在:基于hcp氧亚晶格的相;基于gamma;,delta;,eta;,theta;在fcc氧结构上和kappa;相[21]。

Al2o3可能是用作金属催化剂载体的最重要的纳米材料。由于其独特的化学、机械和热性能，被认为是最有前途的先进材料之一[23]。通常gamma;-Al2O3的表面积比alpha;大。

摘要研究了高表面积Al2O3颜料的添加对水性涂料性能的影响，特别是对涂料的阻隔性能和热阻性能的影响。

为了研究氧化铝对涂料的影响，我们特意不使用二氧化钛或方解石来制作涂料。二氧化钛因其高折射率和惰性而成为任何一种涂料中最昂贵但不可缺少的成分，而方解石因其比二氧化钛[24]便宜而被用于涂料配方中。

采用x射线衍射XRD、扫描电镜(SEM)对所使用的Al2O3粒子的形状和大小进行了研究，并采用红外光谱(FTIR)和SEM对粒子与基体涂料基体的相互作用进行了研究。对涂料和干涂料的导热性能进行了评价。

2、材料与方法

2.1涂料的材料和制备

本研究中使用的活化酸Al2O3样品来自Sigma-Aldrich，其特征为4.0克/立方厘米，表面面积155 m2 / g，标称孔隙尺寸58A，水中pH值为4.5plusmn;0.5。粒子的公称平均直径为100微米，以获得较窄的粒度分布。

实验采用了一种典型的墙漆水性苯丙树脂(固含量50%)。分散剂由树脂、Al2O3(筛分和未筛分)、去离子水和添加剂(10%)在适当的机械搅拌下，使用实验室搅拌器分散剂配制而成，分散剂的转速在300 ~ 800 rpm每30分钟。为避免泡沫、流动/黏度不足、润湿性不佳、微生物生长、色素溶解和成膜，加入各种添加剂，如抗泡沫剂、缔合增稠剂、表面活性剂、防腐剂、聚结剂等。加入中和剂，中和过程中树脂溶液pH值保持在8.0 ~ 8.5之间。

水/树脂/粉末比为45/10/35 wt%

以这种方式获得的涂层应用在减少leneta图表和放入烤箱在20◦C 24 h控制成膜条件。通过测定分散剂的pH值、密度和粘度，表征了分散剂的物理性能。群众被保持在40◦C 2个月为了评估稳定1和2个月后,再通过测量pH值、密度和粘度。

为了研究氧化铝与树脂之间的相互作用，将活性氧化铝与两种不同固含量(分别为50%和30%)的苯乙烯-丙烯酸树脂混合，不添加任何其他添加剂，每一种树脂/Al2O3的比例不同：75/25 wt%和50/50 wt%。

2.2表征技术

密度由pycnometer (volume of 100 ml)测定，粘度剖面由Brookfield digital visometer Mod. RVDV-II 测定(主轴n◦6、剪切率1minus;1)在20◦C。在旋转流变仪Anton上对涂料进行流变学测量Paar MCR 301(德国)同轴气缸几何形状(Z3 DIN 25 mm)，在可控剪应力模式下工作，配备PC机和合适的软件。

在合适的平底锅中压缩一小份粉末样品进行直接XRD分析。对氧化铝进行了分析粉末x射线衍射仪PW1050解析模型采用布拉格-布伦塔诺几何模型(theta;-2theta;型)。操作条件为40kv, 30ma，建立了衍射仪进行测量在step-scan模式theta;角范围（5 - 100°），范围是因为它覆盖了所有重要的衍射峰为了检查晶体结构。扫描类型为步骤02°/Delta;2theta;，每一步是计算时间等于3 s使用。

利用扫描电镜结合EDS微探针对试样进行了形态学观察。利用二次电子(SE)探测器记录不同放大倍数下的SEM图像。能谱仪可以测定每个样品的元素组成，以确定填料的性质。采用扫描电子显微镜Stereoscan 440与牛津大学的EDS微探针连接枪相结合。使用极化子E5100溅射涂布机对所有的油漆截面样品进行薄层碳溅射涂布，获得良好的导电性。

利用图像分析软件ImageJ 1.41对数字化SEM显微图像进行手工图像分析，测量氧化铝颗粒的尺寸(和孔洞)及其分布。

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法进行了分析FTIR顶点70光谱仪采用傅里叶变换方法，配备OPUS数据处理程序。

样品分析采用铂ATR:单反射钻石ATR采样附件，无需任何采样或制备，直接进行。测量原理是反射。灵敏度是通过64年的积累光谱和光谱分辨率2厘米minus;1,从4000年到400厘米minus;1。光谱采集和数据处理采用OPUS软件(Version 7.0, Bruker Optics, Inc.)。

采用原仪器对其导热系数进行了表征;仪器是跟着UNI组装的EN ISO 1934[25]。

仪器由两个盒子组成，冷室和热室，由待测样品隔开。在热和冷两种情况下，都产生了强迫对流。选择冷却(冷室)、加热(热室)和空气循环系统，保证靠近试样表面的空气温度分布均匀，且沿气流方向的温度梯度可接受。为保证该方法的适用性，保证了该方法的稳态条件。

在两个腔室之间建立了至少20摄氏度的温差，这引起了样品的热流。通过测量热流和冷热侧温差来评价试件的绝缘性能。测量区域大小为250mm 250mm。采用标准热流计(HFP01, Hukseflux，荷兰)测量热流，同时采用10种T型热电偶测量热室和冷室中试样的空气和表面温度，以评估各区域的平均值。

所有的温度和热流数据都用特定的采集系统和专用软件(MLog data logger, LSI Lastem, Italy)进行记录和图形化表示。

待测涂料涂在纤维水泥薄片上(250 mmtimes;250 mmtimes;6毫米),油漆厚度是几毫米,和他们一起由两院之间的样本。不仅对两种Al2O3涂料样品进行了表征，还对另外三种不同类型、不同添加量(玻璃、陶瓷微球、气凝胶)的涂料样品进行了表征，以便对不同的保温添加剂进行对比。所有经过测试的油漆都用作面漆。

第一步是纤维水泥样品的表征，为了只分离油漆的贡献，使用UNI EN ISO

6946标准[26]。

每次分析时间为8小时，对每个样品进行3次测量，包括纤维水泥支架。热阻R和热透射率U也使用UNI EN iso6946[26]计算。

3、结果与讨论

3.1氧化铝的特性

通过x射线衍射分析表征了氧化铝样品的相结构和晶体结构。分析-氧化铝结构的主要困难是由于它不能生成适合标准结构分析的单晶。

将氧化铝试样衍射图(图1)与JCPDS文献编号为-氧化铝结构的XRD标准进行比较。00-010-0425在国际衍射数据中心(ICDD)数据库和皮尔逊晶体数据(见表1)，与磁铁矿Fe3O4观察到的结构进行对比[23,27]。图中的衍射图显示了三种不同的反射2theta; = 37.3°(311反射)，45.5°(400)和67.1°(440)是否符合数据库标准，是否符合Lippens[28]的粉末XRD研究。漫反射也是发现在2theta;= 19.5◦;一般来说，XRD的峰值位置符合-氧化铝标准。无论如何存在-氧化铝是预期的，因为据报道它是最多的热力学稳定相时的比表面积氧化铝大于125m2 /g[23]。

3.2涂料的特性

根据标准涂料试验，对氧化铝生产的不同粒径分布的湿涂料进行了表征。为此，进行了pH值、密度和粘度的测量。这些分析的结果彼此间相比,之前和之后的存储在烤箱40◦C。如表2所示，不同涂料的pH值和密度非常接近。从数据中可以看出，氧化铝在涂料密度方面没有明显的区别。

涂料的粘度也有相同的趋势。本研究制备的配方粘度均在标准配方的可接受粘度范围内，1、2个月后基本保持不变，保证了良好的稳定性。

一般来说，颜料粒度分布对涂料粘度的影响可能是正的，也可能是负的。然而，这种效果与增稠剂或用于调节涂料粘度的溶剂所产生的效果相比并不十分重要。粘度通常通过优化涂料配方中使用的一些增稠剂和水来调整到标准值。因此，在本研究中可以明显看出，尺寸分布对涂料粘度的改变并不重要;在这种情况下，发现轻微影响油漆粘度。然而，正如预期的那样，涂料的最高粘度值是用过筛氧化铝获得的，因此粒径较小。在相同重量下，粒径小于100 m的氧化铝所含颗粒数相对较多。

流变曲线观察到典型的假塑性行为(图2)，水载分散体表现出非牛顿行为;同样，在相同的剪切速率下，氧化铝筛分涂料的粘度更高。

为了研究Al2O3与树脂基体的相互作用，对微粉Al2O3、纯

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