纳米氧化物/有机-无机杂化丙烯酸复合涂层的制备及性能研究

摘要

铝合金是航天航空、船舶、建筑等领域广泛应用的合金材料之一，但易发生点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂及剥落腐蚀等，因此必须对铝合金进行必要的涂装处理。目前，对于单一涂料的性能要求越来越高，如环保、高硬度、高耐化学腐蚀、高附着力、高防菌性、高柔韧性以及高耐粘污性等集于一身，单独的有机或无机涂料已经无法满足要求。有机-无机杂化材料是近年来热门的研究领域，在杂化材料中引入纳米粒子相，将赋予涂料不同于常规的力学、光学、电学和磁学性能。
　　 本文采用溶胶-凝胶法成功制备了有机-无机杂化丙烯酸树脂，并对其结构性能进行了表征。研究了在有机-无机杂化丙烯酸树脂中添加纳米TiO2和纳米Al2O3对铝合金涂层性能的影响，主要内容包括以下几个方面：
　　 (1)采用溶胶-凝胶法，以正硅酸乙酯(TEOS)为无机前驱体、Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)为偶联剂，甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为有机基体来制备有机-无机杂化丙烯酸树脂涂料。研究了反应物加入量、用水量、水解时间、烘烤温度和时间等因素对有机-无机杂化涂层性能的影响，利用扫描电镜、红外测试、TG测试、盐雾测试和电化学测试对杂化涂层进行表征。结果表明，有机-无机杂化树脂涂层耐盐雾时间由10h提高到100h左右，阻抗值可提高近1个数量级。
　　 (2)以有机-无机杂化丙烯酸树脂为原料，纳米TiO2为添加剂，研究了纳米TiO2添加量对纳米复合涂层性能的影响。利用扫描电镜、TG测试、盐雾测试和电化学测试对纳米复合涂层进行表征。结果表明：纳米TiO2加入量为15％时，涂层性能有较大的提高，其硬度由3H提高至5H，涂层的耐盐雾时间由100h提高到600h左右，涂层的阻抗值提高近2个数量级。另外，通过扫描电镜观察了复合涂层断面，发现涂层中纳米粒子分散均匀，并且粘接紧密，形成了较为致密的复合涂层。
　　 (3)以有机-无机杂化丙烯酸树脂为原料，纳米Al2O3为添加剂，研究了纳米Al2O3添加量对纳米复合涂层性能的影响。利用扫描电镜、TG测试、盐雾测试和电化学测试对纳米复合涂层进行表征。结果表明：纳米Al2O3加入量为12％时，涂层硬度由3H提高至6H，涂层的耐盐雾时间和阻抗值也得到很大的提高。