氧化铝纤维在建筑乳胶涂料中的应用 ?

　　摘要：以氧化铝纤维毡经剪切、分散、除杂 及改性后，制得稳定的含氧化铝纤维悬浮液的建筑乳胶涂料，经性能测试涂层硬度，耐沾污性和耐 擦洗性等有很大提高，涂料体系的触变性、储存稳 定性也有明显改善。

　　关键词；氧化铝纤维；悬浊液；乳胶涂料

　　氧化铝纤维是高性能的无机纤维，它不仅具有 强度高、模量大、热导率小、热膨胀系数低、耐热性和耐高温氧化性能好等优点，而且表面活性好，易与树脂、金属、陶瓷基体复合，形成诸多性能优异、应用广泛的复合材料。在航天、军工及高新科技领域中，氧化铝纤维多用于增强复合材料和高温耐热材料。

１实验部分

１． 1 主要原料及设备

    (1) 主要原料。氧化铝纤维毡 ( 湖南科发窑炉公 司 ) ，主要用作陶瓷窑炉的保温隔热材料；表面活性剂：十二烷基苯磺酸 ~(DBS) ，化学纯；基料：硅丙乳液 ( 北京互益公司 ) ；颜填料：重质碳酸钙、金红石型钛白粉、滑石粉、硅灰石 ( 北京国利微粉公司 ) ；涂料助剂：乙二醇、分散剂、成膜助剂、流平剂、消 泡剂、增稠剂 ( 罗门哈斯、汉高、海川等公司提供 ) 。

    (2) 设备。 DJ-1 电动搅拌器， AR1 140 电子天 平， CFJ-0 ． 4 高速剪切分散仪， ZK072 电热真空干 燥箱， OLYMPUS-BX51 偏光显微镜， QBY 一Ⅱ摆杆式漆膜硬度计， NDJ-1 型旋转粘度计， C84-II 反射率仪， JTX — II 耐洗刷仪等。

１.2 氧化铝纤维的制备与涂料配方

１.2.1 氧化铝纤维毡的预处理及氧化铝纤维的制备

    将氧化铝纤维毡浸入水中，高速剪切 30min ，将棉絮状纤维切散分开，并分离纤维包杂的氧化铝微粒过 16 目筛，保留筛上物，再将筛上物化浆、过筛 (2 ～ 3) 次，充分除去氧化铝微粒以得到较纯的氧化铝纤维。将除杂洗涤后的氧化铝纤维分散在含有配方要求的 DBS 量的水中，呈悬浊状，钡 4 量其固含量，作为计算涂料配方的依据。

１． 2 ． 2 涂料配方及制备

    将涂料配方列于表 1 中。按表 1 配比，先将含氧化铝纤维的悬浊液加入到分散罐中，在低速搅拌下依次加入分散剂、重质碳酸钙、钛白粉、滑石粉和硅灰石进行初步混合，然后高速剪切分散 (40 — 50)min ，最后再在低速搅拌下加入硅丙乳液、成膜助剂和增稠剂及流平剂等，即得到含氧化铝纤维复合乳胶涂 料。

    能否将氧化铝纤维应用于建筑涂料体系，使所研制的涂料的涂层强度得以增强、耐污性及其它性能得以改善，这是涂料工作者非常感兴趣的。目前鲜见用无机纤维以增强涂层强度及改善涂料其它辅助效应的文献资料。本文通过一定的分散方法，将用于陶瓷窑炉保温的氧化铝毡引用于涂料体系，制备了含氧化铝纤维的复合涂料，并评价了该涂料涂层的硬度、耐沾污性、耐擦洗性以及涂料体系 的触变性、存储稳定性等性能，讨论了氧化铝纤维的应用效果，并分析了氧化铝纤维用量对涂料性能的影响，从而给出了一种价廉有效的增强涂层强度的途径。

２ 结果与分析

２． 1 氧化铝纤维除杂及改性分析

     所用的氧化铝纤维毡呈棉絮状，其间夹杂了一些氧化铝微粒，除去氧化铝微粒，分散氧化铝纤维是 实验工作的关键步骤。

     图 1 是氧化铝剪切除杂前后悬浊液的偏光显微镜照片。

     从图 I 表明，处理前的氧化铝纤维呈簇状，其间夹杂着近球形和椭圆形的氧化铝粒子。将氧化铝毡浸入水中，进行高速剪切，这既可将纤维打散，将夹 杂于其中的氧化铝粒子分离，也可把一些长纤维剪短切断，使纤维长度大致具有一致性。从处理后的氧 化铝悬浊液照片看，未见氧化铝球形颗粒，各纤维呈单根状，分散均匀。

     此外，氧化铝虽然是一种亲水性固体，但置于水中因重力的作用会很快下沉，那么氧化铝纤维就可 能会影响涂料的稳定性。为了在涂料体系中更好地 发挥氧化铝纤维的作用，需要对其进行分散和有机化改性，以提高其悬浮稳定性。

     将氧化铝纤维毡的高速剪切分散，是一种较为有效的方法，如前所述，高速剪切分散可切断长纤维，增大表面能，减小长纤维因重力的沉降趋势，提高其 悬浮性。在含有 0 ． 01 mol ／ L 的阴离子表面活性剂 DBS 溶液中，通过控制体系的 pH 值，利用 DBS 在 Al2O3 ／水界面上的静电吸附，可实现对氧化铝纤维 的改性。改性后的氧化铝纤维由于 DBS — Al2O3 表面有疏水基团，纤维表面具有一定的憎水性，可抵消纤维因重力的下沉趋势，从而提高其在水中的分散稳定性。

     为检验氧化铝的改性分散效果，将分散改性前 后 5 ％氧化铝悬浊液各 100mL 分别注入量筒中于室温下静置， 1 2h 后发现，未分散改性的氧化铝悬浊液固液分离明显，氧化铝大部分聚沉，上层清液达到 36mL ；而分散改性后的悬浊液，由于氧化铝表面较 强的疏水性，故大部分氧化铝因具有较大的表面张 力而使其在水溶液中漂浮不沉，上层清液只有 3mL 左右。

２． 2 涂膜硬度

     按照表 l 给出的涂料配方，通过控制悬浊液中氧 化铝纤维的加入量，制得氧化铝纤维质量分数分别为 O ％， 0 ． 05 ％， 0 ． 1 ％， 0 ． 2 ％， 0 ． 35 ％， 0 ． 5 ％的涂料 试样，经涂覆各种试板后检测其各项性能。

    作为高强度、高模量的氧化铝纤维，本身就常常作为一种补强增韧的填料在树脂、陶瓷、金属合金等复合材料中广泛应用。将氧化铝纤维应用于乳胶涂料体系，首先要考察它对涂层的增强效果，其涂膜硬度见图2 。

                   图 2 氧化铝用量对涂层硬度的影响

    从图 (2) 表明：加入氧化铝纤维的可明显提高 涂膜硬度，且随着纤维用量的增加，其硬度逐渐增大。涂层硬度的提高主要得益于氧化铝纤维在涂层中的增强效应。当其充分搅拌分散后，氧化铝纤维倾向于形成交错排列的架状或网状结构，并且氧化铝纤维穿插于涂层的基体之上所形成网络状结构，类似于加强筋的作用。所以当引用不同量的氧化铝纤维后，其涂膜硬度不同程度的提高。

２． 3 涂膜耐沾污性及耐擦洗性

     氧化铝纤维的用量对涂料体系耐沾污性和耐擦洗性的影响如图 3 所示。

        图 3 氧化铝纤维用量对涂层耐洗性和耐沾污性的影响

      由图 3 可以看出，氧化铝纤维用量的增加，涂层耐擦洗性由最初的 20000 多次提升到 30000 多次，涂层的沾污率逐渐下降，即耐沾污性逐渐变好。