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《南昌航空大学》 2010年
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纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响

庞宇  
【摘要】:纳米TiO2具有较大的比表面积及微细的尺寸,表现出独特的物理和化学性质,近年来利用纳米TiO2的特性制备功能涂料已成为研究热点。本文对纳米TiO2进行表面改性,研究改性纳米TiO2添加量对聚氨酯清漆及聚氨酯面漆耐蚀性能的影响。并探索通过RAFT聚合对纳米TiO2进行改性,期望解决高含量纳米TiO2在涂料中的分散问题。 纳米TiO2的表面改性 用硅烷偶联剂KH-570对纳米TiO2进行表面接枝改性,FT-IR和TG测试结果表明KH-570成功接枝在纳米TiO2的表面,接枝率为21.42%。沉降实验表明,经KH-570改性后的纳米TiO2比未改性纳米TiO2在聚氨酯涂料稀释剂分散效果更好。 通过可逆加成-断裂转移自由基聚合的方法对纳米TiO2进行改性,合成TiO2-g-PMMA-b-PS,FT-IR,TG,XPS和1H NMR等测试证明本实验成功合成RAFT试剂,并成功引发了RAFT聚合,PMMA-b-PS在纳米TiO2表面的的接枝率为80.5%。 金红石型纳米TiO2对聚氨酯清漆耐蚀性的影响 向聚氨酯清漆中添加KH-570改性前后的金红石型纳米TiO2,制备纳米TiO2/聚氨酯复合涂层。 粘度测试结果表明,添加改性纳米TiO2的涂料具有触变性,有利于涂料的贮存和施工;场发射电子显微镜测试结果表明,添加量为3%的改性纳米TiO2在聚氨酯涂料中分散最均匀,粒径为60 nm左右。 对纳米TiO2/聚氨酯复合涂层进行56 d的的盐水(wt%=5)浸泡实验和2880 h的电化学阻抗测试。测试结果表明,添加改性纳米TiO2能明显提高涂层的耐蚀性,添加3%改性纳米TiO2的涂层耐蚀性最好。经过56 d的盐水浸泡,该涂层铅笔硬度比清漆的铅笔硬度高3个级别,保光率比清漆提高了14%,耐冲击性能是清漆的6倍,附着力从1级下降到3级,而清漆的附着力从0级下降到4级。在电化学阻抗测试中,浸泡2 h时,各涂层电阻均达到1011Ω.cm2,浸泡至2880 h后,添加改性纳米TiO2的涂层电阻明显高于清漆和添加未改性纳米TiO2涂层的电阻,其中改性纳米TiO2添加量为3%的涂层电阻为2.6×108Ω.cm2,是清漆电阻的160倍,并且清漆的阻抗谱呈现两个时间常数特征,而改性纳米TiO2添加量为3%的涂层阻抗谱仍然呈一个时间常数特征。 复合纳米TiO2对聚氨酯面漆耐蚀性的影响 向聚氨酯面漆中添加经KH-570接枝改性的金红石和锐钛矿复合纳米TiO2,制备复合涂层。 场发射电子显微镜测试结果表明,添加量为4%的纳米TiO2在聚氨酯中分散均匀,随着添加量的增大,分散性越差。 对复合涂层进行盐水(wt%=5)浸泡实验和1680 h的电化学阻抗测试。结果表明:添加4%复合改性纳米TiO2的涂层耐蚀性相对最好。浸泡至56 d,其铅笔硬度比原配方提高了3级,柔韧性比原配方提高了10 mm,附着力比原配方提高了2级。在电化学阻抗测试中,刚开始浸泡时,涂层电阻相差很小。浸泡至1680 h后,添加量为4%的涂层电阻最大,是原配方涂层电阻的100倍,对基体金属仍然有保护作用。
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