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纳米氧化锌改性聚氨酯ag110|官方网站的性能研究,将制得的纳米ZnO浓缩浆以不同的浓度添加到聚氨酯清漆中,从而制得改性聚氨酯ag110|官方网站
2019年10月13日????阅读量:82????新闻来源:合亚嗒资讯网 ChinaNews360.com??|??投稿

0 前 言

随着纳米材料制备技术的不断发展和成熟,人们已经可以方便地制备出不同粒径、不同组分、不同结构的各种类型的纳米氧化物。这些研究成果为我们进一步研究纳米氧化物材料的微观结构、特殊性质奠定了坚实的基础。


近年来,纳米材料的应用已成为各国科技工作者的研究热点,纳米材料在ag110|官方网站中的应用也是研究热点之一ag110|官方网站在线coatingol.com。纳米材料的开发为ag110|官方网站工业的发展,为提高ag110|官方网站性能和赋予其特殊功能开辟了一条新途径。


纳米氧化锌是一种白色粉末,是一种新型的高功能精细无机材料。它有着不同于普通氧化锌的显着的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。利用纳米氧化锌的独特性能可制备具有屏蔽紫外线、抗菌防毒、耐老化等特殊性能的多功能ag110|官方网站。


但是,关于纳米氧化锌对涂层抗介质渗透能力的影响的研究罕见报道。因此本文将纳米Z n O浓缩浆加入到聚氨酯ag110|官方网站中获得了纳米复合涂层。为避免加入的氧化锌为非纳米材料,研究中首先是控制得到物质为纳米粒子,然后在此基础上添加纳米Z n O到聚氨酯ag110|官方网站中研究其对涂层性能的影响。

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1 试验部分

1.1 药品及仪器设备

丙烯酸树脂,化学纯;4,4' -二苯甲基二异氰酸酯(M D I)、纳米Z n O、环己酮、丙酮、乙醇,均为分析纯;蒸馏水,自制。

K Q -100D E型数控超声波清洗器,昆山超声仪器; E G - G P A R C M283型交流阻抗测试分析仪(E I S),美国E G & G ; U -3010型紫外分光光度计,日本H I T A C H I ; G F Z漆膜附着力测试仪、Q A Q漆膜铅笔法硬度计,天津伟达测试机厂; Q T Y漆膜圆柱弯曲试验器,天津精科材料试验机厂。

1.2 样品制备

以环己酮为分散液制备纳米Z n O浓缩浆,并且超声振荡15 m i n。将丙烯酸树脂与二苯基甲烷二异氰酸酯(M D I)以4∶1的比例混合,并用环己酮稀释后制得清漆。以此体系为基体,将纳米Z n O以0.5%的浓度添加到其中,高速搅拌20 m i n,使纳米Z n O在基体中充分分散。将冷轧低碳钢薄片(76.2 m m ×152.4 m m ×0.8 m m )表面打磨并用丙酮除油,无水乙醇去水,最后将清漆和纳米Z n Oag110|官方网站分别涂敷薄片表面,在常温下固化48 h,制得涂层样品。

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2 结果与分析

2.1 纳米ZnO的分散

图1为纳米ZnO粉体(a)和纳米ZnO复合涂层(b )的S E M照片。纳米Z n O由于其极高的表面能很容易团聚,聚集成较大颗粒,如图(a)所示。如果直接将其加入ag110|官方网站中,则起不到纳米粒子的特殊功能。由图(b)可以看出经超声波振荡后的纳米Z n O在基体中分散均匀,颗粒尺寸大大减小,团聚现象明显改善。这使得纳米粒子更好地与基体树脂相溶,更好地发挥其特有的功能,从而提高ag110|官方网站的性能。

纳米ZnO(a)和纳米ZnO复合涂层(b)的SEM照片

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2.2 涂层的EIS测试与结果分析

将干燥后的涂层样品浸泡在装有3.5% N a C l溶液的有机玻璃电解池中,在放置的第3、7、15 d进行交流阻抗测试。图2中给出了随着时间的变化涂层的Nyquist曲线。图2(a)为聚氨酯清漆的Nyquist曲线,可见,涂层在浸泡初期其阻抗谱上就出现了两个时间常数,高频区是一个容抗弧,低频区出现扩散弧,其中高频段容抗弧反映了涂层的性质,而低频段容抗弧反映基体金属的腐蚀反应。


在高频下测得半径较大的不完整半圆代表了涂层传递电荷的反应,发散的尾部代表发生在金属腐蚀受扩散控制过程。其等效电路如图3(a)所示。其中R s表示溶液电阻,R c表示涂层电阻,C c表示涂层电容,R p表示微孔电阻,C d l表示双电层,R t表示腐蚀反应电阻。由此可知该涂层的抗渗透能力欠佳,未能有效地阻碍腐蚀介质扩散到涂层/基底金属界面,基底金属已经遭到侵蚀。


图2( b )为0.5%纳米Z n O改性聚氨酯涂层的N y q u i s t曲线,可以看出,虽然高频区容抗弧的半径也随着浸泡时间的延长而逐渐降低,但阻抗谱在整个浸泡时间范围内只表现为单容抗弧,而且涂层的阻抗值数量级始终保持在107以上,直到浸泡后期在低频区才出现有扩散尾的趋势。


所对应的等效电路如图3( b )所示。这说明加入纳米Z n O后涂层具有良好的防腐蚀性能,在试验期间腐蚀介质没有到达涂层/基底金属界面,基底金属没有发生腐蚀反应。这主要因为纳米Z n O具有较大的表面活性和较小的尺寸,从而能够在其表面吸附更多的基体树脂,提高了涂层的致密性,使得腐蚀性电解质穿过涂层体系的传输的路径减少了,强化了的界面很好地阻碍了介质的渗透,因此阻碍了侵蚀过程,提高了涂层的防腐性能。

不同浸泡时间下测得的涂层NYQUIST曲线

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对应的等效电路

2.3 涂层的表面形貌分析

当涂层样品在3.5% N a C l溶液中浸泡30 d之后,将其取出,清洗表面的腐蚀产物并且干燥。然后用金相显微镜观察以上两种涂层的表面微观形貌。如图4所示,涂层的微观显微形貌同样证实了以上的结论。图4(a)为清漆涂层在3.5% N a C l溶液中浸泡30 d之后的金相显微照片,可以看出,此时的涂层已经完全失去了保护功能,遭受严重侵蚀。金属表面已经布满了蚀坑并且快要被击穿。相比之下添加有0.5%纳米Z n O的涂层表面仍显得平整且仍在起着保护作用,如图4(b)。存在的少许蚀孔可能是涂覆过程中涂膜存在气泡所引起的,说明纳米Z n O的加入的确有助于提高聚氨酯ag110|官方网站的防腐蚀性能。

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浸泡30 d后涂层的表面金相显微形貌照片

2.4 涂层的抗紫外能力测试与结果

将纳米Z n O分别以0.5%、1%的浓度添加到基体ag110|官方网站中,以上述同样的方法制得ag110|官方网站后,将这两种不同含量的纳米Z n O改性ag110|官方网站和清漆分别涂覆在透明塑料薄片上,待其干燥后进行UV测试。

图5为清漆和添加了0.5%、1%的纳米Z n O改性ag110|官方网站的紫外吸收光谱。可以看出,添加纳米Z n O的涂层在紫外线波段(200~400 n m)的吸光度明显比清漆增大,并且随着纳米Z n O含量的增加,其吸光度也呈上升趋势,且最大吸收波长λmax均在200~290 nm。由此可知,添加纳米Z n O之后涂层的抗紫外线能力大大提高了,其中抗U V C(200~ 290 n m)能力提升尤为显着。这也意味着涂层的耐光老化性提高了,涂层在紫外线环境下的使用寿命延长了。这都要归功于纳米Z n O对光线吸收和散射的作用可以防止或延缓有机涂层的光降解,这是纳米Z n O能显着提高聚氨酯涂层的抗紫外线性能的主要原因。

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不同涂层紫外吸收光谱

2.5 涂层的力学性能测试结果与分析

各涂层的力学性能如表1所示。

涂层力学性能

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由表1可知,虽然纳米Z n O的添加量非常小,但是添加纳米Z n O之后涂层的硬度明显提高了,而附着力和柔韧性却没有降低。改性后的涂层具备了较高的硬度、较强的附着力和较好的柔韧性。原因在于纳米Z n O具有较高的表面活性和较小的尺寸,从而能够在其表面吸附更多的基体树脂,提高了涂层的致密性,从而提高了涂层的力学性能。

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3 结 论

(1) 适量纳米ZnO的加入,使得聚氨酯涂层的抗渗能力大大加强,从而提高了其耐蚀性能。

(2) 纳米Z经nO改性后的聚氨酯涂层,其抗UV能力明显提高,尤其是抗U V C能力提升显着,从而具有更优越的耐候性。

(3) 量纳米微ZnO的加入,在保证附着力和柔韧性不变的基础上提升了涂层的硬度,而且提升幅度比较可观。

综上所述,适量纳米Z n O的加入,在不影响其力学性能的基础上,使普通的聚氨酯ag110|官方网站具备了较高的耐蚀性能和较强的抗U V能力。通过纳米Z n O改性的聚氨酯ag110|官方网站已然成为了一种新型的多功能ag110|官方网站。


纳米氧化锌改性聚氨酯ag110|官方网站的性能研究

□ 张海凤,高延敏,曹 霞,盛国秋

(江苏科技大学先进焊接技术省级重点试验室,江苏镇江 212003)


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