0 前言

镧、铈、镨、钕等17 种稀土元素由于原子结构特殊，电子能级异常丰富，具有许多优异的光、电、磁、核等特性，加之化学性质十分活泼，能与其它元素组成品类繁多、功能千变万化、用途各异的新型材料，被称为“现代工业的维生素”和神奇的“新材料宝库”，已广泛应用于冶金、机械、石油、化工、玻璃、陶瓷等传统产业领域[1-2]。其中二氧化铈具有丰富的4F 电子层能级结构，使得它可以通过电子跃迁吸收紫外线能量，然后以低能级的光（可见光和红外线）和热能的方式放出，可以有助于防止材料老化。特别是纳米二氧化铈具备紫外线吸收和反射双重效应，防止高分子材料老化的功能将更强，同时纳米二氧化铈还具有高表面活性，可以赋予材料一些特殊的功能，如杀菌、防霉等。水性氟碳涂料除了具有传统氟涂料超强的耐候性、耐化学腐蚀性、耐沾污性等优良性能外，还具有环保的优点，符合涂料的发展趋势，成为国内外学者研究的热点[3-4]。本试验利用稀土二氧化铈的特殊性能对水性氟碳涂料进行改性，进一步提高涂料的耐人工老化性的同时，还赋予水性氟碳涂料杀菌、防霉的功能。
 

1 实验

1.1 主要原料

水性氟碳乳液，大连振邦氟涂料股份有限公司；微米二氧化铈（CeO2）、纳米二氧化铈（Nano-CeO2）、纳米二氧化铈水分散液，惠州瑞尔新材料科技有限公司；涂料助剂、颜填料，均为市售。

1.2 涂料参考配方（见表1）

1.3 性能测试

涂料的常规性能按GB/T 9755—2001《合成树脂乳液外墙涂料》的规定进行测试，防霉性能按GB/T 1741—89《漆膜耐霉菌测定方法》进行测试，抗菌性能参照GB 15979—2002《产品抑菌和杀菌性能与稳定性测试方法》附录C、中华人民共和国卫生部《消毒技术规范-抑菌试验》（2002 年）中的奎因试验方法和日本食品分析中心制定的抗菌材料（制品）膜复盖法进行测试。
 

2 结果与讨论

2.1 二氧化铈对涂料老化性能的影响

2.1.1 二氧化铈状态对涂料老化性能的影响

目前市售二氧化铈主要有微米二氧化铈、纳米二氧化铈、纳米二氧化铈水分散液3 种。通过试验表明，纳米二氧化铈特别是纳米二氧化铈水分散液对涂料耐老化性的提高较为明显，添加1%可提高涂料的耐人工加速老化超过600 h，这与它的纳米效应及良好的分散性有直接关系。而微米二氧化铈的加入对提高耐老化性没有明显效果。试验结果见表2。

表2 不同状态二氧化铈对涂料耐人工加速老化性的影响

注：涂料颜料体积浓度（PVC）为38.5%；未添加二氧化铈的涂料耐人工老化3000 h 出现轻微粉化；二氧化铈在研磨阶段加入，添加量为配方总量的1%（以固体分计，下同）。

2.1.2 纳米二氧化铈添加方式对涂料耐老化性的影响（见表3）

表3 二氧化铈加入方式对涂料耐老化性的影响

注：涂料PVC 为38.5%；未添加二氧化铈的涂料耐人工老化3048 h 时出现轻微粉化；二氧化铈添加量为配方总量的1%。

由表3 可见，纳米二氧化铈粉末在研磨阶段加入效果明显，而在调漆阶段加入几乎起不到应有作用，这是由于调漆阶段的剪切力小，分散不佳所致；而纳米二氧化铈水分散液具有较好的分散性，在2 个阶段加入均能起到良好的效果。
2.1.3 纳米二氧化铈用量对涂料耐老化性的影响（见表4）

表4 纳米二氧化铈用量对涂料耐老化性的影响

注：涂料PVC 为38.5%；使用纳米二氧化铈水分散液，在研磨阶段加入。

由表4 可见，随着纳米二氧化铈用量的增加，涂料的耐人工加速老化性能增强，当用量达到1%时，涂料的耐人工加速老化时间为3658 h，比未添加的多658 h。此后随着用量增加，涂料的耐人工加速老化性能虽有增加，但增加幅度不大。
2.2 纳米二氧化铈用量对涂料防霉抗菌性能的影响（见表5）

由表5 可见，当纳米二氧化铈的加入量为1%时，涂料具有优异的防霉性，同时对大肠埃希氏菌的抗菌率达到99.99%
表5 纳米二氧化铈用量对涂料防霉抗菌性能的影响

注：涂料PVC 为38.5%；使用纳米二氧化铈水分散液，在研磨阶段加入。

以上。纳米二氧化铈对金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌有一定的抗菌作用，但效果不明显。

2.3 涂料PVC 对防霉抗菌性能的影响

通过调节乳液用量制备不同PVC 的涂料，涂料PVC 对防霉抗菌性能的影响见表6。

 

注：使用纳米二氧化铈水分散液，用量为1%，在研磨阶段加入。
由表6 可见，涂料PVC 对防霉抗菌性有一定的影响，涂料PVC 过低会使防霉抗菌性都有所降低，这可能是由于PVC降低，涂膜过于致密导致的。

3 结论

（1）纳米二氧化铈对提高涂料的耐人工老化性有良好的效果。特别是纳米二氧化铈水分散液具有良好的分散性，使用方便，效果更理想。

（2）纳米二氧化铈可以提高涂料的防霉抗菌性，当用量为1%时，涂料具有优异的防霉性，对大肠埃希氏菌的抗菌率达到99.99%以上。

（3）涂料PVC 对防霉抗菌性有一定的影响，过低的PVC会导致涂料防霉抗菌性的降低。