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1 实验部分
1. 1 主要原料、设备和仪器
主要原料: 工业硅酸钠, þ= 1. 384 g /cm3; 工业硫酸; 乳化剂; 氨水; 合成蜡。主要设备和仪器: 搪瓷釜(带搅拌, 夹套加热); 高速搅拌机; 喷雾干燥机;气流粉碎机; 压滤机。
1. 2 蜡乳化液配制
将合成蜡和适当乳化剂、水按一定比例高速分散50~ 60 m in, 制备稳定的乳化液。
1. 3 S iO2 消光剂的制备
在搪瓷釜内加入一定量的稀硅酸钠溶液和蜡乳化液, 搅拌条件下, 以一定速度加入稀硫酸, 釜内出现凝胶后将其打碎, 继续加酸至中性, 搅拌15 m in至反应完全。随后将物料迅速升温, 以稀硫酸或氨水调节溶液的pH, 在85~ 95 ºC保温老化一定时间。将沉淀物过滤洗涤至中性, 把水洗后的凝胶加适量去离子水至固含量10%, 高速搅拌30~ 40 m in, 用喷雾干燥机干燥。最后, 控制气流粉碎机的工艺条件,得到平均粒径4~ 8 um 的S iO2 消光剂。
2 结果与讨论
2. 1 成胶工艺条件对S iO2 凝胶孔特性的影响
2. 1. 1 胶凝时间的影响(见图1)
图1 胶凝时间对S iO2 凝胶孔体积的影响
在常温条件下, 通过调节加酸速度, 控制胶凝时间。加酸速度快, 胶凝时间快, 反之, 胶凝时间慢。由图1可见, S iO2 凝胶的孔体积随胶凝时间的增加而减小, 瞬间凝胶, S iO2 凝胶孔体积较大, 胶凝时间越长, 孔体积越小。因此, 控制胶凝时间可以制备孔体积为0. 8~ 1. 7mL /g的不同型号的S iO2 消光剂。
2. 1. 2 反应温度的影响(见图2)
由图2可见, 反应温度25~ 40ºc 时, SiO2 凝胶孔体积最大, 反应温度偏低或偏高孔体积都会降低,而且, 当温度较高时, 出现局部凝胶将影响产品性能。因此, 选择反应温度25~ 40 ºc 。
图2 反应温度对S iO2 凝胶孔体积的影响
2. 1. 3 老化条件的影响(见图3)
由图3可见, 随着老化时间增加, 孔体积逐渐增加。酸性条件老化, 孔体积较低; 中性条件老化, 孔体积增大; 碱性条件与中性条件变化不大。因此选择中性或碱性条件老化, 老化时间2 h。
图3 老化条件对S iO2 凝胶孔容的影响
2 2 蜡表面处理对S iO2 凝胶性能的影响
用蜡对二氧化硅进行表面处理, 常用的方法有机械混合法和乳化蜡法。不同改性方法对S iO2 凝胶性能的影响如表1所示。
由表1可见, 两种方法都能将蜡涂敷到凝胶微孔中, 使凝胶的孔体积和比表面均有所下降, 灼烧失重增加。由灼烧失重可以得出, 蜡处理的二氧化硅中蜡含量大约9% ~ 11% (质量分数)。但机械混合法的样品放入水中, 经2 h高速搅拌仍有部分浮在水面, 分散性较差; 而乳化蜡法样品的亲水性明显提高, 放入水中自动润湿, 本实验选择乳化蜡法。
2. 3 S iO2消光剂在家具漆中的应用试验
实验选择胶凝时间5 ~ 7 m in、反应温度25~ 40 ºc、中性条件老化和老化时间2 h, 乳化蜡法制得孔体积为1. 2mL /g 的蜡处理S iO2消光剂, 将不同用量的消光剂用高速搅拌分别加入到3种家具漆中涂片后, 消光效果如图4所示: 随消光剂用量的增加光泽减小, 在硝基漆中消光效果最好, 消光剂用量约6% (质量分数)时, 可使涂膜光泽达到平光; 醇酸漆中消光剂用量约9% (质量分数)时, 消光效果也较好; 在聚胺酯漆(单组分)中消光效果稍差.
3 结论
1) 采用凝胶法工艺合成超微细二氧化硅时,当反应温度25~ 40 ºc 、中性或碱性条件老化、老化时间2 h, 通过控制胶凝时间可以制备不同孔体积的S iO2消光剂。
2)将蜡用乳化剂配成乳化液, 然后同原料硅酸钠一起反应, 可以制备分散性能良好的蜡处理S iO2消光剂, 其中蜡含量大约9% ~ 11% (质量分数)。
3)乳化蜡法制得孔体积为1. 2mL /g 的蜡处理S iO2消光剂用于硝基漆、醇酸漆中消光效果较好, 在聚胺酯漆(单组分)中消光效果稍差。
