闲来湖南麻将源码:透明氧化铁紫外屏蔽涂料的研制

上海市化工科学技术情报研究所       2010-08-11 关键字：紫外屏蔽涂料 透明氧化铁 水性聚氨酯　 浏览量：18
0引言
透明氧化铁因其有100nm左右的原级粒径而导致光的绕射，当将其分散在介质中制成连续的膜层时具有透明的着色效果。透明氧化铁颜料的化学结构决定了其有很高的耐光性和耐候性。又由于极细的原级粒径而增加了吸收紫外光的能力[1]。透明氧化铁用于家具等的透明着色漆，可保留木材原有的花纹，而本身的耐光性使家具的颜色经久不变[2]。用于塑料等透明介质中，能起到透明着色的功效，也能起到很好的抗紫外线的作用[3]。透明氧化铁目前还处于应用的起步阶段，许多学者[2-4]对透明氧化铁的性质、用途等做了一些研究，但透明氧化铁紫外屏蔽涂料的制备及应用少见相关的报道。作者曾选用纳米TiO2、纳米ZnO作为颜填料，丙烯酸乳液为成膜剂，研制出紫外屏蔽透明涂料[5-6]。本文以透明氧化铁为唯一的颜料，以自制的丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)为成膜物，制得透明紫外屏蔽涂料，获得良好的结果。
1实验部分
1.1主要原料
丙烯酸改性水性聚氨酯PUA-1：自制；氧化铁色浆NJ-1008W、NJ-808W、TF-808W：工业品；分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂、脱泡剂：均为工业品。
1.2涂料的制备
采用共混法，将PUA在搅拌的条件下加入适量氧化铁色浆，搅拌均匀，然后加适量分散剂、消泡剂、流平剂、润湿剂、脱泡剂等各种水性助剂，混合均匀制得透明紫外屏蔽涂料。
1.3性能测试
1.3.1样品的制备
把所制得的涂料用线棒涂布器均匀涂于25.4mm×76.2mm×1mm石英载玻片上(湿膜厚度为30μm)，室温固化24h即得涂层。
1.3.2涂料性能的表征
光学性能：用日本岛津公司的3101UV紫外-可见光-近红外分光光度计测量涂层的可见光区及红外光区光的透过率。可见光、紫外线透射比、可见光屏蔽率计算参照参考文献[7]。粒径分布：用英国马尔文公司的mastersizer2000激光粒径仪测量浆料的粒径分布。涂层微观形貌的分析：用日本JEOL公司的JEM-2010UHR透射电子显微镜分析涂料涂膜的微观形貌。
2结果与讨论
2.1不同纳米氧化铁对紫外屏蔽性能的影响
选取3种氧化铁色浆：铁棕色浆NJ-1008W、铁绿色浆NJ-808W和铁绿色浆TF-808W，研究它们的不同紫外屏蔽性能。其中NJ-808W和TF-808W为同一种粉体不同分散工艺所制得的纳米色浆。
2.1.3种纳米氧化铁色浆的粒径比较
3种纳米氧化铁色浆的粒径测定结果如图1。

3种纳米氧化铁色浆的粒径测定结果
图1     3种氧化铁色浆的粒径
2.1.23种纳米氧化铁色浆光学性能研究
在波长为280～780nm范围内，颜基比同为1∶19.8的条件下研究3种纳米氧化铁色浆与PUA共混所制得涂料的紫外屏蔽性能。其分光光度测试结果如图2及表1所示。

3种氧化铁色浆涂膜的的光学性能
图2     3种氧化铁色浆涂膜的的光学性能
表1         3种氧化铁色浆涂膜的透射比

3种氧化铁色浆涂膜的透射比
从图2、表1中可以看出3种氧化铁色浆均具有紫外屏蔽的功能。其中NJ-808W可见光透射比为83132%，保证了其透明性；而其紫外光透射比是3种色浆最低的，仅为4155%，即其紫外屏蔽率最高，高达95145%。因此NJ-808W综合性能最好。NJ-808W和TF-808W虽为同一种粉体，但分散工艺不同，粒径也就不同。粒径是影响紫外线屏蔽能力的重要因素之一。从表1可以看出，粒径为226nm的NJ-808W和粒径为553nm的TF-808W以同样的颜基比加入树脂中后，所制得的紫外屏蔽涂料在可见光区和紫外区的透过率均有所不同。加入NJ-808W后制得的涂料可见光透过率较高，紫外屏蔽率也较好。这是因为纳米氧化铁的紫外屏蔽能力与粒径大小有关，粒径越小，粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应发挥作用，吸收带存在“蓝移”现象，向短波方向移动，即对紫外光区的吸收能力增强，抗紫外能力增强。另外，在同样颜基比的情况下，粒子的粒径减小，则数量增多，在基体聚合物中的分布更为稠密，因此会导致其紫外屏蔽性能的提高。而粒径越小，对可见光的散射性也越小，因此可见光透过率就越大。
2.2透明紫外屏蔽涂料光学性能研究
综合比较选用NJ-808W作为紫外屏蔽剂，并对其的紫外屏蔽效果作进一步的研究。在PUA中分别加入质量分数为1%、2%、3%、4%、5%和6%的铁绿色浆NJ-808W，即颜基比分别为1∶81.68、1∶40.43、1∶26.68、1∶19.8、1∶15.68、1∶12.93制备涂料，对其涂膜进行光学性能的测试，其测试结果如表2及图3所示。
表2透明铁绿色浆NJ-808W不同添加量时涂料紫外-可见光波段的透过率

透明铁绿色浆NJ-808W不同添加量时涂料紫外-可见光波段的透过率
由图3及表2可以看出，在波长为280～780nm范围内，随着NJ-808W添加量的增加，涂膜的紫外光平均透过率由30%下降到1.76%，其紫外屏蔽性能得到提高，但涂膜的可见光透过率也有一定的下降。纳米铁绿色浆NJ-808W的添加量为6%时，涂料的可见光透射比为79133%，可见光平均透过率只有68.02%，不能满足透明的要求。添加量为5%，即颜基比Fe2O3/PUA=1∶15.68时涂膜的紫外透射比为2.9%，紫外屏蔽率达到98102%，可见光透射比为80.37%，可见光的平均透过率也达到70.11%，其综合性能较好。据此可以认为，透明铁绿色浆NJ-808W的添加量为5%比较适当。

透明铁绿色浆NJ-808W不同添加量时涂膜紫外-可见光波段的透过率
图3透明铁绿色浆NJ-808W不同添加量时涂膜紫外-可见光波段的透过率
2.3涂料的微观结构
采用透射电镜观察纳米透明紫外屏蔽涂料中纳米氧化铁粒子的分布情况及其形态，结果如图4。从图中可以看出，纳米氧化铁呈棒状较好地分布于涂料中，棒状物长度约为80nm左右。由图中也可以看出棒状物存在局部的团聚现象，团聚物的尺寸约为200nm。这与所做的激光粒径仪测定结果相符。
2.4透明氧化铁紫外屏蔽涂料及其涂膜常规性能
对透明氧化铁紫外屏蔽涂料常规性能进行了测试，结果如表3。由表3可看出其性能符合相关国标的性能指标要求。

透明氧化铁紫外屏蔽涂料的TEM照片

透明氧化铁紫外屏蔽涂料的TEM照片

图4透明氧化铁紫外屏蔽涂料的TEM照片
表3透明氧化铁紫外屏蔽涂料及其涂膜常规性能

透明氧化铁紫外屏蔽涂料及其涂膜常规性能
3结语
(1)在保证涂膜较高可见光透过率的前提下，3种氧化铁浆料NJ-1008W、NJ-808W和TF-808W中，纳米铁绿色浆NJ-808W相对紫外屏蔽效果最好。(2)将NJ-808W以颜基比为1∶15.68加入PUA-1中，可见光透射比达80.37%，紫外屏蔽率达到98.02%。(3)通过对涂料的微观结构分析，纳米Fe2O3粒子为棒状物，其棒状物的长度在80nm左右，但棒状物也存在局部的团聚现象。(4)通过对涂料的常规性能测试，透明氧化铁紫外屏蔽涂料的性能符合国标的相关性能要求。