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  • 纳米填料对环氧涂料防腐耐磨性能影响

    时间:2012-10-30 12:09 作者:admin 点击:
    纳米填料对环氧涂料防腐耐磨性能影响 纳米粉体在环氧树脂中的分散 纳米技术是近年来出现的一门新兴技术,它带来了材料科学领域的重大革命。纳米粉体对提高环氧涂料的各项性能

    纳米填料对环氧涂料防腐耐磨性能影响
    纳米粉体在环氧树脂中的分散
      纳米技术是近年来出现的一门新兴技术,它带来了材料科学领域的重大革命。纳米粉体对提高环氧涂料的各项性能有着重要的作用,但是面临的一个重要问题是纳米粉体在环氧树脂中的分散问题。纳米粒子粒径小,表面能高,具有自发团聚的趋势,而团聚的存在又将大大限制其超细效应的充分发挥,在有机介质中难以润湿和分散。因此,如何改善纳米粉体在液相介质中的分散和稳定性是十分重要的研究课题。
      纳米粉体分散在介质中,由于颗粒的尺寸在纳米级,所形成的悬浮液属于胶体的范畴。胶体的稳定性或聚沉决定于胶粒之间的排斥力和吸引力。排斥力使颗粒之间分散,增加微粒在介质中的稳定性,而吸引力则使微粒团聚。所以,根据这两种力产生的原因及相互作用,纳米粉体在介质中的分散性可以用胶体理论加以讨论。胶体分散有三大稳定理论[8]:DLVO理论、空间位阻稳定理论、空缺稳定理论。1)DLVO理论主要是通过粒子的双电层理论来解释分散体系稳定的机理及影响稳定性的因素。根据双电层模型,颗粒表面带电荷,颗粒被离子氛包围。当2个粒子趋近而离子氛尚未接触时,粒子间并无排斥作用;当粒子相互接近到离子氛发生重叠时,处于重叠区的粒子浓度显然较大,破坏了原来电荷的对称性,引起了离子氛的重新分布,即离子从浓度大区间向未重叠区间扩散,使带电荷粒子受到斥力而相互脱离。2)空间位阻稳定理论是指为防止颗粒相互接近,使它们不能接近到有强大吸引力的范围。通过非离子性物质吸附在颗粒周围建立起一个物质屏障。吸附层越厚,颗粒中心距离越大,因此,分散体系也就越稳定。3)空缺稳定理论是指由于颗粒对聚合物产生负吸附,在颗粒表面层,聚合物的浓度低于溶液的体相浓度。这种负吸附现象导致颗粒表面形成一种“空缺层”,发生重叠时就会产生斥力能或吸引能,使物系的位能曲线发生变化。在低浓度溶液中,吸引能占优势,胶体稳定性下降。在高浓度溶液中,斥力能占优势,使胶体稳定。
      科研中的分散实验多是根据上述理论的一种或多种。Yan-gyangSun等人[9]为了减轻填料相互之间的反应从而达到纳米硅在树脂中的单分散,进行了填料-纳米硅的表面处理实验。在实验中考虑了处理的方法、偶联剂的种类、浓度以及处理周期等因素,经过激光粒度分析仪、透射电镜和傅立叶转换红外光谱等途径检测得出最优实验条件。在超声分散法进行预处理,相对较低的硅烷浓度以及较长的反应时间的条件下,纳米硅处理可以实现在极性介质中的单分散,效果显著。
      黄毅等[10]为了制备稳定分散的纳米TiO2水悬浮液,研究了SN5040和PEG作分散剂对纳米TiO2在水中分散稳定性的影响。试验结果表明:SN5040能有效分散纳米TiO2,按照先SN5040后PEG的方式添加一定比例的混合分散剂,PEG能在SN5040吸附层上嵌入式吸附,显著提高了纳米TiO2的Zeta电位值,更有利于纳米TiO2水悬浮液的分散稳定性。
      硅烷改性剂被广泛用于环氧树脂和纳米颗粒的改性。经过偶联剂预处理和接枝聚合,最后获得PAM-KH550-SiC微粉即改性碳化硅。Si-O键和酰胺基(-CONH2)特征峰表明粉体表面存在KH-550和PAM。表面性质发生了很大变化,但其物相结构没有改变。改性SiC微粉无结团现象,分散性得到改善。
      
      在化学分散取得显著效果的同时,物理分散也显示了重要作用。物理分散包括超声波分散、机械分散等。聂鹏等人[12]为实现在不添加分散剂的情况下将纳米粒子均匀分散在液相物料中,提出了一种基于欠膨胀射流的液相物料纳米粉添加分散方法。该方法利用欠膨胀射流将纳米粒子以气-粉微气泡的形式分散到液相物料内部,并利用微气泡受高频挤压爆破释放的能量,以及气泡膨胀过程产生的超声波效应和高拉伸场效应来实现纳米粉在液相物料中以纳米尺度粒子分散。设计了相应的分散系统,进行了无分散剂下纳米SiO2/环氧树脂添加分散实验。通过TEM和Tg测试对实验样品进行了表征,结果表明,分散相粒径在15-30nm之间,SiO2纳米颗粒均匀地分散在环氧树脂中。Tg温度比只经过一般高速机械搅拌得到的复合材料提高了约18℃。该方法解决了SiO2纳米粉颗粒在环氧树脂中的团聚问题因此,根据纳米颗粒的表面特性选择合适的分散方法对改善环氧树脂的性能具有非常重要的作用。
      1.2纳米微粒的含量对环氧涂料性能的影响
      纳米微粒对改善环氧树脂的性能有重要的作用,然而其含量也是一个不容忽视的影响因素。纳米微粒的含量对其在基质中的分散性是有影响的,通常纳米微粒的含量越高,其聚集倾向越严重,分散的难度也就越大[13],必然会在一定程度上失去纳米颗粒的尺寸优势,从而影响改善环氧树脂的性能。因此,研究不同的纳米微粒在环氧树脂中的合适含量对提高环氧涂料各方面性能具有重要意义。

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