纳米改性环氧底漆在铝材及其合金表面的应用研究

data-full-width-responsive="true"> 0 前言铝及其合金由于具有良好的耐蚀性、导电性、导热性和易于加工成型等优点，被广泛应用于国防、航空航天、机械、交通、仪器仪表、电子电气等众多领域。由于金属铝的化学性质极其活泼，暴露在空气中会与氧气发生反应，导致铝材表面发黑变暗，而且生成的氧化膜结构疏松、致密性差、硬度低、耐磨性差，还不能满足防蚀与外观装饰要求，因此非常有必要采取措施对铝材制成的工件进行防护与装饰。通过涂层对铝材进行防护的传统工艺是在铝材表面先预涂一道过渡漆，之后加涂防腐底漆、面漆等涂层。预涂过渡漆的目的是解决防腐底漆直接涂覆在铝材表面附着力不好的问题[1],这样的话既可以解决附着力问题，又可以解决防蚀与装饰问题，但是此种工艺使用涂层种类相对较多、施工效率相对低下。本文研究了一种使用纳米浓缩浆改性的环氧底漆，可以直接涂装在铝材及其合金表面，既可以保证良好的附着力，又可以提高对铝材表面的防护性，从而可以简化铝材及其合金表面的涂层防护工艺、提高作业效率与整体涂层的防护性能。1 试验部分11 主要原材料(见表1)12 仪器设备(见表2)13 样品的制备先将配方量的环氧树脂、纳米氧化硅浓缩浆、触变剂、助剂和有机溶剂搅拌均匀，依次加入配方量的颜填料和复合磷酸盐，经砂磨机研磨至细度合格，过滤包装制得本试验组分一，组分二为环氧固化剂。样品基础配方见表3。14 性能测试本试验测试附着力选用符合GB3880规定的铝板；柔韧性、冲击强度、耐水性和耐油性选用符合GB2520规定的镀锡量为E4的马口铁板；耐盐雾性和耐热性能选用符合GB912普通碳素钢规定的钢板。检测项目和检测方法见表4。2 结果与讨论21 不同环氧固化剂对涂膜性能的影响配方中其他因素不变，分别选用环氧固化剂1、环氧固化剂2和环氧固化剂3进行试验[3]。通过活泼氢当量和环氧值的计算，使其与环氧的物质的量比为1∶1。试验结果见表5。从表5中可以看出，不同的环氧固化剂制得涂膜的附着力和耐盐雾性能不同。以环氧固化剂2与纳米改性环氧底漆制得涂膜的密着性最好，附着力和耐盐雾性明显好于其他两种固化剂。环氧树脂根据分子量的大小可分为高分子量环氧树脂、中分子量环氧树脂和低分子量环氧树脂。高分子量的环氧树脂，环氧值较低，交联度较小，固化后涂膜软；低分子量的环氧树脂，环氧值较高，交联度较大，固化后涂膜脆，配漆后适用期短，作业效率低。本试验选用的NPES-901X75环氧树脂是中分子量环氧树脂，与固化剂反应后有较好的交联密度与物理性能平衡性，外在表现为涂膜耐化学介质性、物理机械性能好，适用期较长，易于施工。本试验选用的环氧固化剂均为聚酰胺类固化剂，聚酰胺类固化剂与环氧树脂固化成膜后较其他类固化剂能赋予涂膜更好的附着力和韧性，但是干燥性能相对较差。本试验所选用的2固化剂属于改性聚酰胺类固化剂，其与环氧树脂固化成膜后较普通未经改性的聚酰胺相比在铝材表面具有更好的附着力和韧性，且干燥快、耐盐雾性能好。22 颜填料体积浓度对涂膜耐盐雾性能的影响本试验以环氧树脂NPES-901X75和环氧固化剂2为基料，选用复合磷酸盐作为主体防锈成分，纳米氧化硅浓缩浆对其进行改性，以钛白粉和炭黑为着色颜料、绢云母为填料。已知磷酸锌可以水解生成氢氧化锌及二代磷酸盐离子，这些水解产物形成附着和阻蚀络合物，使铝材表面磷化，形成在阳极范围内特别有效的保护层[1]。复合磷酸盐的主要化学成分是正磷酸铝锌水合物，其磷酸盐含量比磷酸锌的含量高，选用复合磷酸盐作为主体防锈成分使防腐涂层具有更好的防腐性能。纳米氧化硅浓缩浆的加入是因为纳米材料的粒径小、比表面积大，易与其他原子相结合，能增加涂膜的致密性和抗离子渗透性。钛白粉和炭黑在配方中提供了很好的遮盖力。绢云母的化学稳定性强，片状结构可以形成迷宫效应，防止水分穿透，还可以降低基料固化时涂层中产生的内应力，提高基料的强度和韧性。本试验研究了不同颜料体积浓度对涂膜耐盐雾性能的影响。试验结果见表6。从表6中可以看出，颜料体积浓度在25%～35%范围内，涂膜耐盐雾性没有明显变化；颜料体积浓度大于40%时，涂膜的耐盐雾性呈明显下降趋势。其机理是随着颜填料的增加，涂膜的致密性下降，渗透性增加，从而导致涂膜防腐性能下降。23 纳米氧化硅浓缩浆添加量对涂膜性能的影响配方中其他因素不变，分别添加0、1%、3%、5%、7%的纳米氧化硅浓缩浆。研究纳米氧化硅浓缩浆不同添加量对涂膜耐盐雾性的影响。试验结果见7。从表7可见，随着纳米氧化硅浓缩浆用量的增加，涂膜的耐盐雾性能升高，这是因为纳米氧化硅浓缩浆中的硅氧基与铝材形成化学结合键，增强环氧底漆与铝材表面的结合力，同时纳米粒子还有封闭微空隙作用，提高涂膜的致密性，增强涂膜防腐性能。但纳米氧化硅浓缩浆用量超过5%时，涂膜的耐盐雾性能出现下降趋势。原因是纳米浆用量太多，导致部分纳米粒子团聚，达不到纳米改性的效果。本试验最终确定纳米氧化硅浓缩浆的用量为3%。经过多次试验，确定配方后对相关性能进行了测试[4]，并与国外某品牌环氧底漆进行比对试验，结果见表8。从表8可见，纳米改性环氧底漆在耐盐雾性能方面，明显高于国外某品牌环氧底漆，其他各项性能的对比与国外某品牌环氧底漆的相当。3 结语(1)合适添加量的纳米氧化硅浓缩浆能明显改善环氧底漆与铝材表面的附着力。(2)合适添加量的纳米氧化硅浓缩浆能显著提高环氧底漆的耐盐雾性。(3)使用不同的环氧固化剂，环氧底漆与铝材的附着力不同，改性聚酰胺固化剂可以显著提高环氧底漆与铝材表面的密着性。