氟改性和硅改性丙烯酸聚氨酯涂层的制备及环境行为

目的研究氟改性和硅改性丙烯酸聚氨酯涂层在不同环境中的失效行为。方法通过溶液聚合法制备具有一定羟基含量的丙烯酸酯树脂,再将丙烯酸树脂与多异腈酸酯固化剂配合,获得丙烯酸聚氨酯涂层。通过在丙烯酸酯合成中引入含氟丙烯酸酯单体,制得氟改性丙烯酸聚氨酯涂层;通过在固化过程中引入氨基硅油,制得硅改性丙烯酸聚氨酯涂层。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析涂层的化学组成。对涂层试样进行温度环境实验(室温和100,150℃)、湿热环境实验和氙灯老化实验,分析涂层疏水性、光泽度等表面特性的变化。结果氟、硅改性有效提高了涂层的疏水性。未改性、氟改性和硅改性三种涂层在100℃以下的环境中服役时,疏水性和光泽度比较稳定。硅改性涂层在150℃的高温环境中较未改性和氟改性涂层失效慢。湿热环境对三种涂层的接触角和光泽度等性能影响不大。氟改性涂层在氙灯老化环境中的失效程度较另外两种涂层轻。结论氟改性涂层耐光老化性能较好,硅改性涂层耐温性较好。     

表面接枝含氟树脂改性HGB对聚氨酯涂层耐老化性能的影响

目的在中空玻璃微珠(HGB)表面接枝含氟树脂,以其为填料改善聚氨酯(PU)涂层的耐老化性能。方法采用表面接枝法将中空玻璃微珠分别经NaOH溶液、硅烷偶联剂KH550、HDI三聚体、含氟树脂处理,制备表面接枝含氟树脂的中空玻璃微珠(F-HGB),并以HGB、F-HGB为填料制备HGB/PU、F-HGB/PU涂层。通过FTIR、SEM、EDS、接触角测定仪表征HGB表面接枝情况。利用紫外老化装置、氙灯老化箱分别对涂层进行紫外老化和氙灯老化,以涂层的外观、色差和光泽度变化评价玻璃微珠添加量、表面改性对涂层耐老化性能的影响。结果 HGB表面成功接枝含氟树脂。相比于PU、HGB/PU涂层,F-HGB/PU涂层的耐老化性能有较大提高。当F-HGB添加量为20 phr时,F-HGB/PU涂层紫外老化1320 h后,色差为24.38,相比PU、HGB/PU涂层分别降低了48.03%、12.21%,光泽度为49.2,相比PU、HGB/PU涂层分别提升了11.58%、5.70%。氙灯老化360个循环后,色差为18.82,相比PU、HGB/PU涂层分别降低了37.62%、20.05%,光泽度为48.6,相比PU、HGB/PU涂层分别提升了7.52%、7.76%。结论表面接枝含氟树脂改性中空玻璃微珠具有良好的耐老化性能,可作为功能填料提高聚氨酯涂料的耐老化性能。     

铝合金防护涂层老化动力学研究

在紫外/盐雾加速综合环境条件下,研究了铝合金试样上聚酰胺清漆老化过程。采用环境扫描电子显微镜观察了防护涂层表面形貌的变化,采用电化学阻抗(EIS)分析了涂层的老化过程,同时还测量了光泽度、颜色、表面电阻和体积电阻在涂层老化过程中的变化。结果表明：在涂层老化过程中,涂层孔隙率增加,而体积电阻、表面电阻则降低, EIS给出了在涂层老化的不同阶段的特征。采用光泽度、颜色、表面电阻和体积电阻以及电化学阻抗数据作为性能参数,建立了涂层老化动力学方程,并给出了涂层失效判据,并对涂层老化动力学的参数进行了讨论,认为采用体积电阻或低频阻抗模值作为性能参数描述涂层老化动力学过程更为合理。     

基于磁控溅射–氟化改性的新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能研究

目的 通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO2)粒子,获得一种新型的ZnO/SiO2复合超疏水涂层。方法 研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果 磁控溅射ZnO和SiO2纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液–气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为–2、–10及–20 ℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为244 6、160 4、137 s。结论 采用不同纳米尺度的ZnO和SiO2纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。     

280 简易快速的表面超疏水涂层制备及其性能

目的 低成本简易快速地制备出耐腐蚀超疏水涂层,并研究表面喷砂对超疏水涂层的影响。方法 利用喷砂和抛光这2种表面处理方式和喷涂工艺在5050铝合金板基体表面构建出具有多级结构的超疏水表面。通过润湿性、电化学腐蚀、耐磨性、浸泡耐久性和自清洁测试等试验,分别评价制备样品表面的润湿性、耐海水腐蚀、耐磨性、耐长时间浸泡性能和自清洁性能,并通过扫描电子显微镜和能谱仪对表面形貌和元素成分进行分析。结果 制备的样品表面具有优异的超疏水性能。在30次喷涂次数下,喷砂基底的涂层表面的水滴静态接触角为(153.9±1)°,动态滚动角为(2.99±0.5)°。电化学腐蚀测试结果表明,喷涂氟硅树脂/SiO2涂层可以有效增强铝合金表面的耐腐蚀性能。试验中,样品在25次砂纸摩擦后,抛光基底的涂层表面的接触角为(97±1)°,喷砂基底的涂层表面的接触角为(102.4±1)°。样品在NaCl溶液浸泡10 d后,抛光基底的涂层表面的接触角为(69.4±1)°,喷砂基底的涂层表面的接触角为(113.7±1)°。结论 所制备的喷砂和抛光基体在经过不同次数的喷涂氟硅树脂/SiO2复合涂料后具备超疏水性能,且喷砂基底的涂层表面具有更低的滚动角。涂层修饰的表面在NaCl溶液中的耐腐蚀性能随着喷涂次数的提升而增强。在相同的喷涂条件下,喷砂处理基体能提高超疏水表面的耐腐蚀性、耐磨性和耐久性。     

等离子喷涂WC/Co疏水涂层

超疏水涂层的耐磨性是限制其应用的重要因素。利用等离子喷涂结合十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)的表面化学修饰制备出接近超疏水的WC/Co硬质合金涂层。结果表明:涂层的静态接触角最高达到147°;随着喷涂功率的增加,涂层接触角略微有所增加;拉曼光谱和XPS分析表明,FAS-17链通过水解及缩合反应成功枝接到涂层的表面;激光共聚焦显微镜(LSCM)观察发现,涂层表面粗糙度Ra为7.9μm;通过等离子火焰氧化处理后,涂层表面新生成的氧化物为WO_3,它能够提高涂层的疏水性能。最后,通过砂纸摩擦试验发现,其疏水性涂层表现出良好的耐磨性;水滴冲蚀测试发现,涂层有一定的耐雨淋性能。     

AH32钢表面等离子喷涂制备疏水涂层及其耐腐蚀性能研究

目的提高AH32海洋用钢表面的疏水性及耐蚀性,并给出最佳性能的喷涂涂层成分。方法采用大气等离子喷涂技术,在AH32钢表面制备了三种不同成分的涂层。利用微量进样器结合半球法测量了涂层的接触角,并利用Qwen-Wendt公式对涂层的表面能进行了计算,利用扫描电子显微镜观察涂层的表面形貌,利用表面粗糙度仪测量涂层的表面粗糙度,利用冲刷实验及电化学工作站测量了不同涂层的耐蚀性能,并讨论了不同涂层的疏水机制及相应的腐蚀机理。结果等离子喷涂涂层显著改善了AH32钢的疏水性能。相比而言,等离子喷涂Co基涂层及等离子喷涂Ni基涂层与水的静态接触角达到了130°以上,均具有较好的疏水效果。三种涂层均明显改善了AH32钢的耐海水冲刷腐蚀能力,其中AH32钢基体腐蚀30d后的失重为1.68×10^-2 g/cm^2,等离子喷涂Ni基涂层的腐蚀失重最小,约为4.2×10^-3 g/cm^2。极化曲线测试结果也表明,三种涂层的自腐蚀电位较基体提高了300 mV左右,并且腐蚀电流密度较基体降低了1个数量级以上,另外Co基涂层的腐蚀电流密度高于Ni基涂层的腐蚀电流密度,因此Co基涂层在腐蚀过程中表面会产生较多的羟基基团,导致其与水的静态接触角降低,最终导致其疏水性能下降。结论等离子喷涂Ni基涂层的疏水性能最好,腐蚀速率最小,耐冲刷腐蚀性能最佳,与基体相比,其腐蚀失重减小了1.26×10^-2 g/cm^2。     

铝合金表面聚氨酯涂层在加速实验条件下的老化机制及规律研究

针对有机涂层抗腐蚀性能评估问题,基于涂层老化物理机制,运用热力学理论建立了紫外线辐照条件下当量折算系数理论模型,提出了有机涂层加速老化实验谱编制方法。针对铝合金表面聚氨酯涂层进行了加速老化实验,分别从宏观和微观形貌、失光率、色差、粘附性能、电化学阻抗等多个方面表征了涂层老化规律,揭示了老化物理机制。结果表明,失光率和色差不能作为涂层失效评估参数,粘附性能和电化学阻抗能较好地表征涂层老化规律。涂层老化过程大致可以分成3个阶段,初期(第0~2个周期)抗腐蚀性能完好,低频电化学阻抗|Z|_(0.01 Hz)为10~(10)Ω·cm~2量级;中期(第3~7个周期),|Z|_(0.01Hz)为10~7~10~9Ω·cm~2量级,内部微孔增大增多,抗腐蚀性能明显衰减;后期(第8~9个周期),表面出现局部鼓包,|Z|0.01 Hz为106Ω·cm2量级,粘附性能仅为初始值的35%,涂层失效。涂层的使用寿命大约为8 a,这与实际使用情况相吻合,初步验证了涂层加速实验谱编制方法的合理性和可行性。     

PMMA/SiO_2-TiO_2超疏水复合涂层的制备（英文）

通过溶胶凝胶法制备出PMMA/TiO_2-SiO_2超疏水复合涂层。选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为成膜材料,SiO_2(14nm)和TiO_2(100nm)纳米粒子来构造粗糙度,用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS)修饰涂层的表面,所得涂层的水接触角(WCA)高达155o,且具有较好的透过率。通过接触角仪、扫描电镜和紫外-可见分光光度计对该涂层进行测试表征。结果表明涂层的疏水性能和透过率与PMMA,FAS和纳米颗粒的质量比密切相关。     

氟改性丙烯酸酯共聚物的制备及其涂层表面疏水性能

使用含有不同长度全氟碳链的全氟烷基乙基醇分别与甲基丙烯酸氯和甲苯二异氰酸酯反应,制备了两种不同的含氟单体 TEMAc-n 和 FnTDI,然后分别通过自由基共聚合反应和对合成好的常规含羟基丙烯酸酯共聚物进行后改性两种路线,制备了两类含有相同全氟碳链结构的氟改性丙烯酸酯共聚物 xTEMAc-n 和 xFnTDI 及其涂层。 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振(¹⁹F NMR)技术对单体和相应共聚物的化学结构进行了表征,用示差扫描量热法(DSC) 测试了共聚物的玻璃化转变温度,通过静态水接触角、X 射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对共聚物膜层的表面性能进行了表征。 结果表明,制备合成了预期的含氟单体和含氟共聚物。 随着含氟单体的引入,共聚物的玻璃化转变温度升高,涂层的疏水性能提高。 含氟链段的长度对涂层疏水性的贡献大于氟含量的影响,与自由基共聚合方法制备氟改性共聚物 xTEMAc-n 相比,使用异氰酸酯基含氟单体对常规含羟基丙烯酸酯共聚物进行后改性制备的氟改性共聚物 xFnTDI,成膜时含氟链段更容易向涂层表面迁移,引入较少的含氟单体就可以获得优异的疏水性能。     

纳米复合海洋涂料在船舶防腐蚀应用研究

主要研究纳米二氧化硅浓缩浆和纳米氧化锌浓缩浆对海洋环氧涂料和聚氨酯涂料性能的影响。通过盐雾试验、氙灯老化试验、人工海洋加速老化试验研究海洋腐蚀环境中纳米复合涂料的耐腐蚀性和抗老化性。通过三步法制备高稳定分散的纳米氧化物浓缩浆,并利用纳米二氧化硅浓缩浆和纳米氧化锌浓缩浆改性海洋船舶环氧底漆和聚氨漆酯船壳漆,制备海洋纳米复合涂料。利用 TEM透射电镜、 FTIR红外光谱、 XPS光电子能谱、光泽度仪、表面接触角测试仪和粘结强度测试仪等研究海洋船舶漆的耐腐蚀性、抗老化性及表面防污性能。纳米二氧化硅浓缩浆的红外光谱分析和粘度测试及纳米氧化锌浓缩浆的透射电镜观察表明高分子分散剂的长碳链位阻效应保证了纳米粒子的均匀稳定分散。不含有纳米二氧化硅浓缩浆的环氧漆粘结强度是4.4 MPa,而含有1.0％纳米二氧化硅浓缩浆的环氧漆粘结强度增加到5.6 MPa。通过氙灯老化试验测试涂层的光泽度变化,纳米复合聚氨漆酯漆的光泽度高于不含纳米氧化锌的普通聚氨漆酯漆光泽度。聚氨漆酯漆在海洋循环加速老化试验后 C/O值减少20.1％,而含有1.2％纳米氧化锌浓缩浆的纳米复合聚氨漆酯漆老化后 C/O 值仅减少10.7％,抗氧化性提高。通过对海洋加速循环老化试验中纳米复合聚氨漆酯漆的测试分析表明1.2％纳米氧化锌浓缩浆提高了海洋船舶聚氨酯面漆的抗老化性和表面接触角。纳米浓缩浆可增强纳米复合涂料在海洋重腐蚀环境中耐腐蚀、抗老化等性能。     

不饱和聚酯玻璃钢人工加速老化研究

通过氙灯和热氧人工加速老化研究了191#不饱和聚酯玻璃钢老化后力学性能的变化规律,并对玻璃钢表面形貌和失光率进行了表征。结果表明：氙灯老化后,弯曲强度随老化时间增加先增大后减小,而层间剪切强度则呈下降趋势,老化1800h后弯曲和剪切强度的保持率分别为92％和53％。玻璃钢表面失光率大,有明显的裂纹产生。70％热氧老化,表面形貌保持完好,树脂的后固化和物理老化效应导致玻璃钢的力学强度明显增大,3600h后弯曲和剪切强度增大到老化前强度的107％和150％。光和热的联合作用是玻璃钢表面和界面老化破坏的主要因素。玻璃钢具有较好的耐热氧老化性能。     

汽车高装饰性涂层在国内典型气候中的耐候性表现及分析

目的选择合适的试验条件和方法提高汽车涂层的耐候性。方法对比世界公认的汽车环境试验基准站的气候条件,分析国内环境试验站进行自然曝晒试验的条件,进一步分析人工加速老化试验和户外自然曝晒试验之间的规律性和相关性,分析不同底材相同涂层的耐候性表现,提出了对汽车高装饰性清漆及涂层的耐候性质量控制的建议。结果在失光率方面,人工加速老化试验3000 h与琼海(湿热)和敦煌(干热)地带自然曝晒12及15个月的结果的相关性较差(均小于0.8),与江津(酸雨)和漠河(寒冷)地带自然曝晒12及15个月的结果均出现负相关性,数据波动较大。结论对于考核汽车高装饰性涂层的清漆,人工老化试验建议3000~5000 h。自然曝晒试验至少应选择干热和湿热两个地域,时间至少为2年。由于汽车产品的特殊性,进行人工加速老化试验时需重点关注:1试验条件的选择;2试验过程要强化水分子对涂层的渗透作用;3试验要模拟昼夜温差变化。     

海洋大气区钢结构涂层体系及性能评价

目的评价自主开发的聚氨酯配套体系性能。方法概述了海洋大气环境下钢结构涂层性能的评价方法,通过NORSOK M-501循环腐蚀实验来探讨聚氨酯涂料与富锌类底漆、环氧类底漆的配套性,通过QUV加速老化实验来对比自主开发的聚氨酯涂料与国外同类产品的抗老化性能。结果聚氨酯涂料与富锌类底漆的配套体系的抗腐蚀蔓延性优于与环氧类底漆的配套体系。自主开发的聚氨酯涂料体系经4200 h循环老化后,划线处腐蚀蔓延5.56 mm,腐蚀蔓延小于NORSOK M-501标准规定的8 mm,附着力从12.26 MPa衰减到9.83 MPa,附着力衰减幅度为19.8%,附着力衰减幅度小于NORSOK M-501标准规定的50%。自主开发的聚氨酯涂料在紫外光照射下老化3000 h后,60°光泽度从81.5降低到66.5,光泽保持率为82.94%。结论自主开发的聚氨酯涂料体系的耐海洋大气环境性能优良,耐循环老化和耐紫外光加速老化性能与国外同类产品相当。     

含氟低表面能修饰的超双疏涂层制备及其性能

目的 制备具有良好机械稳定性和化学稳定性的超双疏涂层材料。方法 采用三种尺寸的微纳米二氧化硅和环氧树脂制成微纳米凹凸结构,在此基础上修饰低表面能的氟碳单分子层,制备超疏水超疏油涂层。分别利用扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线光电子能谱,对涂层表面的形貌和成分进行分析。通过接触角测量仪测试涂层表面的接触角和滚动角。经过砂纸摩擦、耐化学腐蚀和耐溶剂性能测试,分别评价超双疏涂层材料的耐磨损性和化学稳定性。结果 涂层对水、乙二醇和花生油等表面张力在34~72 mN/m范围内的液体具有超疏特性。砂纸上机械摩擦5次循环后,对花生油的接触角保持在155?以上,滚动角保持在5?以下;摩擦10次循环后,对水和乙二醇的接触角均保持在154°以上,滚动角保持在2.5?以下。涂层经pH=14的碱溶液和正庚烷浸泡,168 h后,对水和乙二醇仍保持超疏性能;96 h后,与花生油接触角在153?以上,滚动角在10?~20?之间。结论 该涂层具有良好的超疏水超疏油性能及良好的耐磨损性和化学稳定性,在工业领域具有较大的潜在应用价值。     

含铁类金刚石薄膜的润湿性能和抗腐蚀行为

目的通过直流反应磁控溅射系统在304不锈钢基体上成功制备了含铁类金刚石薄膜,并研究该含铁类金刚石薄膜的润湿性及抗腐蚀行为。方法通过扫描电镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜,分别对含铁类金刚石薄膜的结构和形貌进行分析,利用静态接触角测量分析了所制备薄膜的润湿性,且采用动电位极化对有无薄膜沉积的不锈钢体系进行了腐蚀行为测试。结果所制备薄膜具有典型的类金刚石的非晶结构。随着制备过程中甲烷流量的减小,薄膜中sp~3碳含量降低,薄膜致密度逐渐降低。随着甲烷流量的降低,薄膜表面的疏水性能逐渐减小,且自腐蚀电位向负向偏移,腐蚀电流密度逐渐增大。结论含铁类金刚石薄膜能明显提高不锈钢表面的疏水性能和抗腐蚀性能。     

一种新型纳米纸质文物、档案保护技术的应用研究

目的提高纸质文物、档案的防水、防酸、抗老化等性能。方法把样品放入JRP镀膜设备中,控制真空、温度、电场、磁场等条件对化学原料进行真空聚合,在样品表面形成纳米级保护膜。通过老化前后色度值、水接触角、耐折度、拉伸强度和海水浸泡等测试,来分别评价样品的防水、防酸、抗老化、抗撕裂等性能,并通过扫描电镜对制备的纳米级厚度的聚合物保护膜进行了检测和分析。结果镀膜纸在湿热老化前后、紫外和酸雨老化前后的色差均较小。JRP镀膜后的宣纸样品正反面接触角平均值均大于90°,而未镀膜的宣纸的接触角为0°,是处于完全润湿状态。SEM照片显示镀膜后纸张纤维宏观尺寸没有变化,纤维之间的孔洞也未见堵塞。耐折度测试结果表明,镀膜处理后可略微提高纸张的纵向耐折度。纸张拉伸强度测试表明,镀膜纸张的横向拉伸强度明显高于原纸张。酸蚀实验和海水浸泡实验表明,镀膜后的纸张样品抗酸和海水腐蚀性能优于未镀膜纸张。结论镀膜对纸张的颜色没有影响,保持了其原貌,同时能一定程度地减小湿热老化和紫外老化对纸张颜色的影响。镀膜使纸张具有良好的疏水防水功能,耐折度和拉伸强度有一定的提高,具有防酸蚀和海水腐蚀的膜层保护了基材。     

通用不饱和聚酯加速老化失效机理研究

本文研究通用不饱和聚酯树脂人工加速老化失效机理。对通用不饱和聚酯浇注体试样进行了人工加速热氧老化及人工加速氙灯老化试验,用显微镜观察了试样的外观形貌,测试了试样的拉伸强度和弯曲强度,对试样进行了动态力学性能分析（DMA）分析,用FT-IR分析了树脂化学基团的变化。研究表明：不饱和聚酯在老化早期有后固化现象,随着加速老化时间的延长,试样表面出现裂纹并逐渐增加,而拉伸强度,弯曲强度和玻璃化转变温度（Tg）均降低;人工加速氙灯老化所造成的失效比热氧老化要严重得多。分析表明紫外线是造成不饱和聚酯的老化失效的主要影响因子。