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改性纳米氧化锌对丙烯酸聚氨酯涂料防腐性能的作用

来源:天津亿创科技有限公司 发布时间:2021-03-26热度:
改性纳米氧化锌对丙烯酸聚氨酯涂料耐腐蚀性能的影响为了提高纳米氧化锌(VK-J30)在涂料中的分散性,采用钛酸酯偶联剂对其进行改性。研究了丙烯酸聚氨酯清漆、未改性纳米氧化锌丙烯...

改性纳米氧化锌对丙烯酸聚氨酯涂料耐腐蚀性能的影响为了提高纳米氧化锌(VK-J30)在涂料中的分散性,采用钛酸酯偶联剂对其进行改性。研究了丙烯酸聚氨酯清漆、未改性纳米氧化锌丙烯酸聚氨酯涂料(VK-J30)和钛酸酯偶联剂改性纳米氧化锌丙烯酸聚氨酯涂料的防腐性能。

结果表明,钛酸酯偶联剂(VK-J30S)改性后的纳米氧化锌明显消失,与涂层具有良好的相容性。所得复合涂层的抗渗透性能明显强于清漆和含未改性纳米氧化锌的复合涂层。改性纳米氧化锌显著提高了丙烯酸聚氨酯涂料的防腐性能。关键词:丙烯酸聚氨酯涂料;纳米氧化锌;VK-J30;修改;防腐;宣城景瑞新材料涂料的防腐性能是衡量涂料性能的重要参数,提高涂料的防腐性能一直是人们研究的方向。纳米材料的出现给涂料行业带来了新的机遇和挑战。纳米材料在涂料中的应用有望改善传统涂料的防腐等性能,从而制备新型功能涂料。

在众多纳米氧化物中,纳米氧化锌因其独特的抗紫外线性能而受到广泛关注。纳米氧化锌(VK-J30)为白色粉末,是一种新型高性能无机精细材料。纳米氧化锌因其优异的抗氧化性和耐腐蚀性、高熔点、良好的机电耦合性、紫外屏蔽能力和杀菌除臭性能,被广泛应用于光电器件、化工、涂料、医药等诸多领域。然而,纳米氧化锌很难直接添加到有机物中,尤其是涂料中。原因是纳米氧化锌由于粒径小、比表面积大、表面能大,处于热力学不稳定状态,因此在分子间力、氢键和静电的作用下容易团聚,从而失去纳米粒子的特殊功能。同时,氧化锌表面亲水疏油,表现出很强的极性,难以在有机介质中均匀分散,氧化锌与基材的结合力较弱,容易造成界面缺陷,导致涂层性能下降。因此,为了防止纳米氧化锌的团聚,充分发挥其纳米效应,采用钛酸酯偶联剂对纳米氧化锌进行改性,并将改性后的纳米氧化锌以一定的量添加到丙烯酸聚氨酯涂料中,研究其对涂料防护性能的影响。目前,国内外对纳米氧化物改性涂层防护效果的研究还处于探索阶段,尤其是偶联剂改性纳米氧化锌对涂层抗介质渗透能力影响的研究还处于简单的定性阶段,对其防腐蚀机理的研究还不够深入。

为此,采用电化学阻抗谱(EIS)和表面形貌观察方法,比较了改性前后丙烯酸聚氨酯清漆和纳米氧化锌丙烯酸聚氨酯涂料的防腐性能。改性前后纳米氧化锌的红外光谱分析表明,钛酸酯偶联剂KH201(a)、纳米氧化锌(b)和钛酸酯改性纳米氧化锌(c)的红外光谱得到了分析。相比之下,改性纳米氧化锌在3420cm1附近的羟基峰明显减弱,表明反应消耗了纳米氧化锌表面的羟基,形成了钛氧锌键。P-o-ti吸收峰出现在967cm1处,这是钛酸酯偶联剂的特征吸收峰,表明钛酸酯偶联剂与纳米ZnO发生化学键合。


此外,钛酸酯偶联剂中CH3和CH2的c-h对称拉伸振动吸收峰出现在2854cm-1和2929cm-1处。CH3和CH2的C-h弯曲振动吸收峰出现在1300cm-1处。同时表明纳米氧化锌已经成功改性。三种涂层的奈奎斯特光谱分析表明,含0.5%改性纳米氧化锌的涂层具有最佳的防腐性能。在实验期间,它具有非常高的阻抗值,并且总是处于浸泡的早期阶段。然而,含有0.5%未改性纳米氧化锌的涂层在浸泡的初始阶段显示出良好的耐腐蚀性,但是 这主要是因为纳米ZnO表面活性大,尺寸小,但同时由于表面能高,容易团聚,直接添加到涂层后容易因团聚而失去纳米效应。此外,团聚颗粒很容易在涂层中造成孔隙,但会加速腐蚀。

钛酸盐改性的纳米氧化锌能够以纳米粒子的形式均匀分散在基体中,并与基体具有良好的相容性,从而能够发挥其独特的纳米功能。而且改性后的纳米氧化锌由亲水性变为亲油性,可以在其表面吸附更多的基体树脂,提高涂层的致密性,使涂层的界面很好的阻挡介质的渗透,从而提高涂层的防腐性能。三种涂层样品在3.5%氯化钠溶液中浸泡40天,然后取出,清洗表面腐蚀产物并干燥。从表面照片可以看出,没有纳米氧化锌的涂层经过40天的浸泡试验后,已经完全失去保护功能,母材腐蚀严重,金属已经完全暴露和生锈,而含有0.5%未改性纳米氧化锌的涂层点蚀更严重。相比之下,0.5%改性纳米氧化锌的涂层仍然完好无损,表面非常光亮光滑。改性纳米氧化锌可以大大提高丙烯酸聚氨酯涂料的防腐性能。


结论:

(1)钛酸酯偶联剂改性后的纳米氧化锌由亲水性变为亲油性,团聚现象明显消失,实现了纳米粒子的均匀分散,与涂层具有良好的相容性。

(2)改性纳米氧化锌充分发挥了纳米效应,其复合涂层比清漆和未改性纳米氧化锌复合涂层具有更好的抗渗透能力,起到了有效的屏蔽作用,显著提高了丙烯酸聚氨酯涂料的防腐性能。




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