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環氧樹脂改性常用7大類納米粉體填料

來源:上海凱茵化工 編輯:凱茵工業添加劑 人氣:46 時間:2022-02-15

環氧樹脂作為三大通用型熱固性樹脂之一,具有良好的熱穩定性、粘結性,以及耐腐蝕性優良、固化后收縮率比較小、電器絕緣性好等優點,而且力學性能好、易加工成型、成本低廉。因此其在建筑材料、電子和航空等很多領域都有著廣泛的應用。
近年來,納米技術發展迅速,應用廣泛。使用納米材料對有機涂層改性,可以提高材料的耐老化性能、耐候性和耐光性等。并且納米顆粒的尺寸較小,在環氧樹脂交聯的過程中,可以促進交聯反應,增強環氧樹脂的致密性,進而提高其防腐蝕能力。
1、納米TiO2改性環氧樹脂
納米TiO2具有良好的分散性、耐候性和優異的表面效應。納米TiO2粉體因其良好的顆粒性而作為納米TiO2基材料,得到了廣泛的應用。溶劑型環氧樹脂常常用于防腐,但是其固化的過程中溶劑蒸發時會產生大量的微孔,腐蝕性的液體會通過微孔迅速地滲透到被保護的基體中。而納米TiO2作為填料加入到環氧樹脂的體系中,可以增強環氧樹脂的韌性,并改善環氧涂層的防腐的性能。另外,納米TiO2加入到環氧樹脂中,可以形成致密的三維網狀的結構,使環氧樹脂的疏水性和致密性得到提升,進一步增強了環氧樹脂的防腐性能。

納米改性環氧樹脂
Tijana等通過在環氧樹脂中加入沒食子酸酯改性的TiO2納米粒子,制備了EP/TiO2納米復合材料。結果表明,在環氧樹脂中加入表面改性的TiO2納米粒子,使環氧樹脂的玻璃化轉變溫度升高,水汽滲透性降低。隨著沒食子酸配體疏水部分鏈長度的增加,EP/TiO2納米復合材料的水蒸汽透過率降低。該納米復合材料比純環氧樹脂具有更好的防腐性能,主要是因為表面改性的TiO2納米顆粒起到了除氧劑的作用,通過陰極機理抑制了鋼的腐蝕。
2、納米SiO2改性環氧樹脂
納米SiO2是一種無機化工材料,微結構為球形,呈絮狀和網狀的準顆粒結構,可以提高材料綜合性能,特別是抗老化、材料強度和耐化學腐蝕等性能。SiO2納米粒子作為一種穩定、安全、豐富的材料,易于合成。對于環氧樹脂來說,納米SiO2可以促進其交聯反應,提高分子間的鍵力和表面的附著力,從而提高環氧樹脂的耐腐蝕能力。

納米改性環氧樹脂

尹春生將納米SiO2加入到聚氨酯/環氧樹脂(PU/EP)鋅鋁復合的涂層中。結果表明,當納米SiO2的加入量為7%時,復合涂層的硬度提高,但是吸水性能有明顯降低。納米SiO2復合涂層與普通碳素結構鋼和PU/EP鋅鋁復合涂層相比,腐蝕電流的密度分別降低了3個和2個數量級。在耐3.5%的NaCl溶液腐蝕實驗中,腐蝕的時間由120d提高到180d。
3、納米ZrO2改性環氧樹脂
近年來,納米ZrO2的研究備受關注,因為其具有極大的比表面積、高耐腐蝕性,優異的機械性能和生物相容性,同時還具有抗化學侵蝕和微生物侵蝕的能力,是一種很有研究意義的防腐涂料添加劑。將其均勻地分散到環氧樹脂中,不僅可以提高環氧樹脂的機械性能,還可以有效地提高其防腐蝕能力。
Zhao等采用苯乙烯偶聯接枝法對ZrO2納米粒子表面進行改性,以改善ZrO2納米粒子與環氧涂層的分散性,并提高環氧樹脂的防腐蝕性能。結果表明,改性后的ZrO2納米粒子具有良好的穩定性和有效的防腐蝕性能。含2%改性ZrO2納米顆粒的環氧涂層在所有涂層樣品中均表現出最佳的防腐蝕性能。

納米ZrO2改性環氧樹脂
4、納米Fe3O4改性環氧樹脂
Fe3O4納米粒子由于其獨特的物理和化學性質,已被廣泛用于制備納米雜化物或納米復合材料,作為鋼鐵腐蝕產物的Fe3O4納米粒子與上述無機納米粒子相比,在提高環氧樹脂的防腐性能方面具有一定的優勢。
劉曉玲將環氧樹脂分子接枝到了Fe3O4的表面,改性后的Fe3O4與環氧樹脂的相容性得到了改善,并且減少了Fe3O4顆粒與環氧樹脂的界面缺陷,提高了復合材料涂層的耐腐蝕性能。

納米Fe3O4改性環氧樹脂
5、碳納米管改性環氧樹脂
CNTs由于其獨特的管狀結構,表現出優異的力學性能、電性能、防腐性能和機械性能。近年來,CNTs被認為是增強聚合物復合材料極具前景的材料之一。CNTs由于長徑比較大且彼此間存在大量的范德華力而容易發生團聚,因此大多數的研究者都會對其進行表面改性以增加防腐性能。

碳納米管改性環氧樹脂
He等用多壁碳納米管通過混合酸酸化,并且用硅烷偶聯劑(KH560)修飾云母,用六亞甲基二胺連接云母和多壁碳納米管,得到了云母-多壁碳納米管復合材料。結果表明,加入10%KH560后,多壁碳納米管能很好地分散在云母表面。與云母/環氧樹脂和純環氧樹脂相比,云母-多壁碳納米管/環氧樹脂復合涂層的阻抗較大。
6、石墨烯改性環氧樹脂
石墨烯對水、氧和氯離子等具有阻隔作用,并且具有大的比表面積和特殊的二維層狀結構,使得石墨烯在防腐領域有著廣闊的應用前景。目前石墨烯改性防腐涂料已在復雜的工業生產和海洋環境中得到了應用,使得被保護的基體實現了更長的防腐壽命。
Zhang等研究合成官能化的硅烷偶聯劑[2-(3,4-環氧環己基)乙基三乙氧基硅烷],以改善GO的表面,用來解決納米材料的團聚問題,并填充涂層來提高環氧樹脂涂層的耐腐蝕性。EIS和鹽霧實驗表明,功能化GO的加入提高了環氧復合材料的防腐性能,且當功能化GO的用量為0.7%時,復合涂層表現出最佳的防腐性能。

石墨烯改性環氧樹脂

7、納米金屬Zn改性環氧樹脂
將納米金屬Zn添加到涂料當中,可使涂層的致密性得到提高。將納米金屬Zn加入到環氧樹脂中,可改善涂層的粘結力和滲透能力。涂層在受到破壞的時候,納米金屬Zn會在破壞處沉淀,并且會形成保護膜,從而延緩涂層的腐蝕。
李旭日等通過在環氧樹脂中添加納米Zn粉制成環氧富Zn防腐涂層,并測試其耐腐蝕的性能。EIS測試表明,在陰極保護的作用下,Zn粉含量越高,對涂層的保護能力越強。在鹽霧腐蝕的評定中,腐蝕主要出現在空白的環氧涂層。而改性后的涂層則表現出了良好的耐腐蝕性能,其中當添加鋅粉質量分數為20%時,涂層的防腐效果最好。

納米金屬Zn改性環氧樹脂
納米粉體填料改性環氧樹脂是一種重要的提高防腐性能的方法。每種顆粒都有著自己獨特的性能,當其改性環氧樹脂無法適應多種腐蝕的環境時,可將多種納米離子復合,協同改性環氧樹脂,便可以得到適用于不同環境的環氧樹脂。而如何將不同的納米離子整合在一起,發揮它們的協同作用,更好地提高環氧樹脂的防腐性能,將是今后研究的一個重要方向。

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