环氧树脂改性常用7大类纳米粉体填料

2022年02月15日 阅读量:8

环氧树脂作为三大通用型热固性树脂之一,具有良好的热稳定性、粘结性,以及耐腐蚀性优良、固化后收缩率比较小、电器绝缘性好等优点,而且力学性能好、易加工成型、成本低廉。因此其在建筑材料、电子和航空等很多领域都有着广泛的应用。近年来,纳米技术发展迅速,应用广泛。使用纳米材料对有机涂层改性,可以提高材料的耐老化性能、耐候性和耐光性等。并且纳米颗粒的尺寸较小,在环氧树脂交联的过程中,可以促进交联反应,增强环氧树脂的致密性,进而提高其防腐蚀能力。1、纳米TiO2改性环氧树脂 纳米TiO2具有良好的分散性、耐候性和优异的表面效应。纳米TiO2粉体因其良好的颗粒性而作为纳米TiO2基材料,得到了广泛的应用。溶剂型环氧树脂常常用于防腐,但是其固化的过程中溶剂蒸发时会产生大量的微孔,腐蚀性的液体会通过微孔迅速地渗透到被保护的基体中。而纳米TiO2作为填料加入到环氧树脂的体系中,可以增强环氧树脂的韧性,并改善环氧涂层的防腐的性能。另外,纳米TiO2加入到环氧树脂中,可以形成致密的三维网状的结构,使环氧树脂的疏水性和致密性得到提升,进一步增强了环氧树脂的防腐性能。

Tijana等通过在环氧树脂中加入没食子酸酯改性的TiO2纳米粒子,制备了EP/TiO2纳米复合材料。结果表明,在环氧树脂中加入表面改性的TiO2纳米粒子,使环氧树脂的玻璃化转变温度升高,水汽渗透性降低。随着没食子酸配体疏水部分链长度的增加,EP/TiO2纳米复合材料的水蒸汽透过率降低。该纳米复合材料比纯环氧树脂具有更好的防腐性能,主要是因为表面改性的TiO2纳米颗粒起到了除氧剂的作用,通过阴极机理抑制了钢的腐蚀。2、纳米SiO2改性环氧树脂纳米SiO2是一种无机化工材料,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构,可以提高材料综合性能,特别是抗老化、材料强度和耐化学腐蚀等性能。SiO2纳米粒子作为一种稳定、安全、丰富的材料,易于合成。对于环氧树脂来说,纳米SiO2可以促进其交联反应,提高分子间的键力和表面的附着力,从而提高环氧树脂的耐腐蚀能力。

尹春生将纳米SiO2加入到聚氨酯/环氧树脂(PU/EP)锌铝复合的涂层中。结果表明,当纳米SiO2的加入量为7%时,复合涂层的硬度提高,但是吸水性能有明显降低。纳米SiO2复合涂层与普通碳素结构钢和PU/EP锌铝复合涂层相比,腐蚀电流的密度分别降低了3个和2个数量级。在耐3.5%的NaCl溶液腐蚀实验中,腐蚀的时间由120d提高到180d。3、纳米ZrO2改性环氧树脂近年来,纳米ZrO2的研究备受关注,因为其具有极大的比表面积、高耐腐蚀性,优异的机械性能和生物相容性,同时还具有抗化学侵蚀和微生物侵蚀的能力,是一种很有研究意义的防腐涂料添加剂。将其均匀地分散到环氧树脂中,不仅可以提高环氧树脂的机械性能,还可以有效地提高其防腐蚀能力。Zhao等采用苯乙烯偶联接枝法对ZrO2纳米粒子表面进行改性,以改善ZrO2纳米粒子与环氧涂层的分散性,并提高环氧树脂的防腐蚀性能。结果表明,改性后的ZrO2纳米粒子具有良好的稳定性和有效的防腐蚀性能。含2%改性ZrO2纳米颗粒的环氧涂层在所有涂层样品中均表现出最佳的防腐蚀性能。

4、纳米Fe3O4改性环氧树脂Fe3O4纳米粒子由于其独特的物理和化学性质,已被广泛用于制备纳米杂化物或纳米复合材料,作为钢铁腐蚀产物的Fe3O4纳米粒子与上述无机纳米粒子相比,在提高环氧树脂的防腐性能方面具有一定的优势。刘晓玲将环氧树脂分子接枝到了Fe3O4的表面,改性后的Fe3O4与环氧树脂的相容性得到了改善,并且减少了Fe3O4颗粒与环氧树脂的界面缺陷,提高了复合材料涂层的耐腐蚀性能。

5、碳纳米管改性环氧树脂CNTs由于其独特的管状结构,表现出优异的力学性能、电性能、防腐性能和机械性能。近年来,CNTs被认为是增强聚合物复合材料极具前景的材料之一。CNTs由于长径比较大且彼此间存在大量的范德华力而容易发生团聚,因此大多数的研究者都会对其进行表面改性以增加防腐性能。

He等用多壁碳纳米管通过混合酸酸化,并且用硅烷偶联剂(KH560)修饰云母,用六亚甲基二胺连接云母和多壁碳纳米管,得到了云母-多壁碳纳米管复合材料。结果表明,加入10%KH560后,多壁碳纳米管能很好地分散在云母表面。与云母/环氧树脂和纯环氧树脂相比,云母-多壁碳纳米管/环氧树脂复合涂层的阻抗较大。6、石墨烯改性环氧树脂石墨烯对水、氧和氯离子等具有阻隔作用,并且具有大的比表面积和特殊的二维层状结构,使得石墨烯在防腐领域有着广阔的应用前景。目前石墨烯改性防腐涂料已在复杂的工业生产和海洋环境中得到了应用,使得被保护的基体实现了更长的防腐寿命。Zhang等研究合成官能化的硅烷偶联剂[2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷],以改善GO的表面,用来解决纳米材料的团聚问题,并填充涂层来提高环氧树脂涂层的耐腐蚀性。EIS和盐雾实验表明,功能化GO的加入提高了环氧复合材料的防腐性能,且当功能化GO的用量为0.7%时,复合涂层表现出最佳的防腐性能。

7、纳米金属Zn改性环氧树脂将纳米金属Zn添加到涂料当中,可使涂层的致密性得到提高。将纳米金属Zn加入到环氧树脂中,可改善涂层的粘结力和渗透能力。涂层在受到破坏的时候,纳米金属Zn会在破坏处沉淀,并且会形成保护膜,从而延缓涂层的腐蚀。李旭日等通过在环氧树脂中添加纳米Zn粉制成环氧富Zn防腐涂层,并测试其耐腐蚀的性能。EIS测试表明,在阴极保护的作用下,Zn粉含量越高,对涂层的保护能力越强。在盐雾腐蚀的评定中,腐蚀主要出现在空白的环氧涂层。而改性后的涂层则表现出了良好的耐腐蚀性能,其中当添加锌粉质量分数为20%时,涂层的防腐效果最好。

纳米粉体填料改性环氧树脂是一种重要的提高防腐性能的方法。每种颗粒都有着自己独特的性能,当其改性环氧树脂无法适应多种腐蚀的环境时,可将多种纳米离子复合,协同改性环氧树脂,便可以得到适用于不同环境的环氧树脂。而如何将不同的纳米离子整合在一起,发挥它们的协同作用,更好地提高环氧树脂的防腐性能,将是今后研究的一个重要方向。

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