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聚合物—金属钛鳞片的制备与表征

作　者: 高雪田
导　师: 张巨生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 聚合物纳米钛金属鳞片防腐涂料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在涂料中添加纳米材料以提高涂层的性能是当代涂料发展的重要方向。本文通过高能球磨法制备了具有纳米结构的聚合物-金属钛鳞片,运用IR、XRD、XPS、TEM、SEM和TG方法对产物进行了表征;将聚合物-金属钛鳞片添加到涂料中,对制得的涂层进行了性能测试。为了确定制备聚合物-金属钛鳞片的影响因素,本文采用单因素和正交实验结合的方法,以沉降分析实验结果为依据,最终确定了球磨介质:以二甲苯、丙酮和丁醇为溶剂,其配比为2∶2∶1,选择氨基树脂MF、环氧树脂E-51、硅烷偶联剂KH-550和聚硫橡胶组成的混合树脂为反应聚合物,100g钛粉中添加量分别为8g、10g、8g和8g;最佳工艺参数为:球磨时间4h,球磨公转转数450r·min^-1,球料比4∶1。聚合物-金属钛鳞片性能表征表明,金属钛表面已基本被聚合物包覆;聚合物-金属钛鳞片的片径大小分布主要处于100nm以下,片厚在80nm以下,完全达到了纳米级,并且样品分散较均匀;聚合物-金属钛鳞片的结合方式是外层聚合物与内层聚合物以物理吸附方式结合,内层聚合物与金属钛以化学吸附方式结合。聚合物-金属钛鳞片在涂料基体中分散均匀,制备的涂层附着力、硬度和耐磨性等机械性能均随着聚合物-金属钛鳞片添加量的增加显著提高,耐化学品性能也显著增强,说明聚合物-金属钛鳞片可有效地改善涂料的理化性能。添加聚合物-金属钛鳞片可以极大地提高涂层的综合性能,这是因为聚合物-金属钛鳞片表面的聚合物可以与涂料基体树脂交联反应,使涂料固化后呈现网状结构,显著提高涂层的致密性和抗腐蚀性,增强涂层的机械性能;聚合物-金属钛鳞片的小尺寸效应,使其可以填补涂料固化产生的结构微孔,隔绝被保护基材与外界相连的通道,还可使涂层表面粗糙度得到改善;由于聚合物-金属钛鳞片为片状结构,添加到涂料中可产生“迷宫效应”,使腐蚀介质渗透到基材的路径大大增长,从而延缓了腐蚀。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题来源、目的及意义  10
  1.2 纳米复合材料及其特性  10-13
    1.2.1 纳米复合材料  10-11
    1.2.2 纳米复合材料的特性  11-13
  1.3 聚合物-金属纳米复合材料的制备方法  13-14
  1.4 高能球磨法制备纳米复合材料原理—机械力化学  14-18
    1.4.1 机械力化学原理  14-15
    1.4.2 机械力化学过程对材料组织、性能的影响  15-16
    1.4.3 机械力化学技术的应用  16-18
  1.5 纳米复合涂料发展现状  18-20
    1.5.1 纳米复合涂料概述  18-19
    1.5.2 纳米复合涂料的国内外现状  19-20
  1.6 主要研究内容  20-22
第2章实验材料及方法  22-30
  2.1 实验试剂及仪器  22-24
    2.1.1 实验试剂  22-23
    2.1.2 实验仪器  23-24
  2.2 聚合物-金属钛鳞片的制备  24-25
    2.2.1 聚合物-金属钛鳞片的制备工艺  24
    2.2.2 聚合物-金属钛鳞片制备的影响因素及其确定方法  24-25
  2.3 聚合物-金属钛鳞片涂料和涂层的制备工艺  25-26
    2.3.1 聚合物-金属钛鳞片涂料的制备工艺  25-26
    2.3.2 聚合物-金属钛鳞片涂层的制备工艺  26
  2.4 分析测试方法  26-30
    2.4.1 聚合物-金属钛鳞片的表征方法  26-27
    2.4.2 聚合物-金属钛鳞片涂料和涂层的性能表征  27-30
第3章聚合物-金属钛鳞片的制备与表征  30-50
  3.1 制备聚合物-金属钛鳞片影响因素的确定  30-39
    3.1.1 溶剂的选用  30-31
    3.1.2 聚合物的确定  31-34
    3.1.3 球磨工艺参数的确定  34-38
    3.1.4 触变剂的优选  38-39
  3.2 聚合物-金属钛鳞片表征结果与分析  39-45
    3.2.1 IR测试结果  39-40
    3.2.2 XRD测试结果  40-41
    3.2.3 XPS测试结果  41-42
    3.2.4 TEM测试结果  42-43
    3.2.5 SEM测试结果  43
    3.2.6 TG测试结果  43-45
  3.3 高能球磨法制备聚合物-金属钛鳞片的反应过程分析  45-48
    3.3.1 高能球磨法制备聚合物-金属钛鳞片的反应过程  45-46
    3.3.2 机械力化学效应对钛粉的作用机理  46-47
    3.3.3 机械力化学效应对聚合物的作用机理  47
    3.3.4 聚合物-金属钛鳞片的形成机理  47-48
    3.3.5 聚合物-金属钛鳞片结构示意图的建立  48
  3.4 本章小结  48-50
第4章聚合物-金属钛鳞片涂料和涂层的研究  50-62
  4.1 聚合物-金属钛鳞片涂料配方设计  50-53
    4.1.1 树脂选择  50-51
    4.1.2 固化剂选择  51-52
    4.1.3 其它助剂的选择  52-53
    4.1.4 涂料配方方案的确定  53
  4.2 聚合物-金属钛鳞片涂料和涂层性能检测  53-59
    4.2.1 聚合物-金属钛鳞片对涂料粘度的影响  53-54
    4.2.2 涂层附着力测试结果  54-55
    4.2.3 涂层硬度测试结果  55-56
    4.2.4 涂层耐磨性测试结果  56-57
    4.2.5 涂层耐化学品性能测试结果  57-59
  4.3 聚合物-金属钛鳞片对涂料作用机理探讨  59-60
    4.3.1 涂层的致密度和抗腐蚀性能提高  59
    4.3.2 内涂层管道的减摩阻性能提高  59-60
    4.3.3 涂层的机械性能提高  60
    4.3.4 有机涂层与金属基体之间的附着力提高  60
  4.4 本章小结  60-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

聚合物—金属钛鳞片的制备与表征

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