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随着纳米材料产业化进程的加快,纳米材料的应用研究已成为研究热点。纳米TiO2. ZnO材料作为极具代表性的纳米材料越来越广泛的应用到工程实际中。作为传统工业产品的有机涂层钢板,随着应用领域的扩展和应用要求的不断提高,对于产品自身的老化性能、腐蚀性能的研究不断深入。纳米TiO2、ZnO材料均具有紫外屏蔽、耐腐蚀的特性,因此,纳米TiO2. ZnO材料在有机涂层钢板产品的应用研究具有广阔的前景和重要的现实意义。本文围绕提高性能、理论研究和工程应用三个方面,对于纳米TiO2、ZnO改性聚酯涂层材料抗老化,耐腐蚀性能及其机理进行了系统和深入的研究。试验以纳米TiO2,ZnO材料浓缩分散液形式添加到聚酯涂料中,利用传统工艺、先进设备制备纳米改性聚酯涂料;通过工业化生产技术和工艺设备制备纳米改性聚酯涂层钢板,完成了纳米改性涂层钢板产品的开发。利用激光粒度仪、SEM、TEM、DSC等研究纳米材料浓缩分散液的性能;利用紫外可见分光光度计、紫外加速老化试验箱等研究了纳米改性聚酯涂层材料的紫外线屏蔽性能。利用耐盐雾实验、交流阻抗谱研究了纳米改性聚酯涂层材料耐腐蚀性能及腐蚀介质在涂层中的传输行为。通过这些对于纳米改性聚酯涂层材料的具体研究获得了一些有价值的结论。本研究达到了预期的研究目标,取得了一些具有理论价值和工程价值的创新性研究成果。主要研究内容及结果如下:
⑴解决了纳米TiO2,ZnO材料在非水介质中稳定分散这个在有机涂层钢板应用过程中的关键问题,根据纳米材料浓缩分散液的用途和性能要求,提出了纳米材料浓缩分散液的制备工艺方法。纳米浓缩分散液具有高固含量和低粘度的特点,50%固含量TiO2,ZnO纳米浓缩分散液的粘度仅为3.5mPa.s,5.5mPa.s。对纳米浓缩分散液的粒度和形貌、成分和热稳定性等进行系统研究,纳米TiO2,ZnO基本上处于单分散状态,纳米分散液粒度在100nm以下;浓缩分散液具有良好的热稳定,在0~150℃范围内的失重率小于1%;纳米粒子与分散剂间形成了较稳定的化学吸附;浓缩分散液具有较好的贮存稳定性。
⑵从涂料的组分设计角度出发,通过组分具体性能参数确定组分成分及用量,研究给出了纳米聚酯涂料的配方。同时,根据涂料生产设备、生产工艺特点调整配方试制了纳米聚酯涂料,最终根据涂层钢板生产设备及生产工艺特点进行了纳米改性聚酯涂层钢板的批量生产,获得了纳米改性聚酯涂层钢板产品。
⑶对于纳米改性聚酯涂层的抗老化和防腐蚀性能进行了研究。纳米改性聚酯涂层材料均具有较强紫外屏蔽作用,纳米改性聚酯涂层中纳米含量达到1.5%,涂层厚度达到10μm时,可以屏蔽掉90%以上的紫外线。同时,盐雾试验证明纳米TiO2、ZnO改性聚酯涂层的耐蚀性能明显优于聚酯涂层,锈蚀时间延长一倍。紫外加速老化试验验证纳米TiO2、ZnO改性聚酯涂层抗老化能力得到提高,色差变化分别降低到聚酯涂层的69.5%和83.5%。EIS研究也得到和上述检测相近的结果。
⑷结合试验验证了理论公式的结果,纳米粒子较体相颗粒具有更强的紫外线吸收和散射光线能力,提高了聚酯涂层的紫外线屏蔽性能。同时,采用EIS研究方法分析纳米ZnO、TiO2对于聚酯涂层腐蚀性能的影响机理,纳米ZnO、TiO2材料的添加阻碍水在聚酯涂层中的扩散过程,降低了聚酯涂层中缺陷面积,纳米ZnO、TiO2在添加量为1.0%时涂层具有最佳的抗介质渗透破坏能力。
⑸将实验室的研究成果进行了工业化验证,对其生产工艺、设备的适应性进行了研究。首次获得纳米TiO2. ZnO材料改性聚酯涂层钢板,检测表明纳米材料有效提高了产品的抗腐蚀和抗老化能力,提高了涂层钢板的品质。纳米复合聚酯涂层钢板产品保光率提高10%左右,抗色变能力提高了20%,抗粉化能力提高2倍。