纳米二氧化钛在金属防护涂料中应用研究

论文摘要

本文采用非离子表面活性剂对纳米Ti02进行表面改性,研究发现,采用HLB值小于10的表面活性剂改性后的纳米Ti02在有机浆料体系分散性良好,未出现团聚现象。通过紫外-可见吸收光谱测试,改性纳米Ti02不仅能够强烈吸收紫外光,而且能够一定程度的吸收可见光和近红外光。分别采用325nm、493nm、700nm和800nm的激发光源进行光致发光光谱测试,改性后的纳米Ti02都能够产生发射峰,说明纳米Ti02在紫外光、可见光和近红外光范围内存在可激发性。纳米Ti02经过表面改性后,表面由较强的亲水性转变为较强的亲油性,能够均匀分散在聚氨酯涂料、环氧富锌涂料和氟碳涂料中。将纳米Ti02改性聚氨酯涂料分别涂覆在铜电极、不锈钢电极和A3钢电极表面,将纳米Ti02改性环氧富锌涂料涂覆在耐候钢表面,并且将纳米Ti02改性氟碳涂料涂覆在铝合金表面,在3.5%的氯化钠电解质溶液中,通过测量极化曲线表明,改性后的涂料都能够比未改性的涂料对基体金属起到增强的防护作用。在光照的作用下,涂层中的纳米Ti02施主能级的电子（e-）被激发到导带,或者价带电子（e-）被激发到受主能级,同时在价带中产生相应的空穴（h+）,光生电子和光生空穴即为光生载流子。由于光生载流子的存在,金属表面涂层的电导率发生变化,由绝缘型变成具有一定电导率的导电型。金属接受电子和（或）空穴,则电子（e-）由纳米TiO2导带进入金属的微阴极区,从而使金属微阴极的电极电位E微阴极负移；空穴（h+）由纳米TiO2价带进入金属的微阳极区,从而使金属微阳极的电极电位E微阴极正移。由于E微阴极正移和E微阴极负移,金属腐蚀微电池E微阴极和E微阴极之间的电位差△E减小。根据关系式ic=（E微阴极-E微阳极）/（Pa+Pk）,假设电化学反应平均极化率P不变,此时,i。将完全取决于△E（E微阴极-E微阳极）的大小,△E越小,金属自腐蚀电流ic也相应越小。测试纳米TiO2改性聚氨酯涂料和纳米TiO2改性氟碳涂料对甲醛和甲苯的净化效果,得出纳米TiO2改性聚氨酯涂料和纳米TiO2改性氟碳涂料对甲醛的降解效率分别为83.1%和80.4%,对甲苯的降解效率分别为38.7%和40.9%,均达到了Ⅰ类材料的标准。涂料的基本性能测试表明纳米TiO2改性涂料基本性能均符合要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的光电转换特性简介
• 1.2.1 纳米粒子的定义及其特性
• 1.2.2 纳米半导体材料的光电转换过程
• 1.3 纳米二氧化钛用于金属防护的理论概述
• 1.3.1 纳米二氧化钛用于金属防护的机理
• 1.3.2 光催化半导体材料在金属防护中的优势
• 1.3.3 影响纳米二氧化钛光催化性能的因素
• 1.4 纳米二氧化钛保护膜的制备方法及保护效果研究进展
• 1.4.1 溶胶-凝胶法
• 1.4.2 物理气相沉积法（PVD）
• 1.4.3 电化学法
• 1.4.4 纳米无机-有机复合法
• 1.4.5 高能喷涂法
• 1.5 纳米二氧化钛在金属防护方面有待于发展的领域
• 1.6 论文的选题、总体思路和意义
• 第二章 纳米二氧化钛的表面改性及性能分析
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 实验器材及仪器
• 2.2.3 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 原料纳米二氧化钛的微观形貌
• 2.3.2 表面改性的纳米二氧化钛的微观形貌
• 2.3.3 纳米二氧化钛的紫外-可见吸收光谱
• 2.3.4 纳米二氧化钛的光致发光光谱
• 第三章 涂料中纳米二氧化钛对基体金属的防护性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 二氧化钛改性涂料对金属试样的防护效果测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米二氧化钛改性聚氨酯涂料对铜电极的防护效果
• 3.3.2 纳米二氧化钛改性聚氨酯涂料对不锈钢电极的防护效果
• 3.3.3 纳米二氧化钛改性聚氨酯涂料对A3钢电极的防护效果
• 3.3.4 纳米二氧化钛改性环氧富锌涂料对耐候电极的防护效果
• 3.3.5 纳米二氧化钛改性氟碳涂料对铝合金电极的防护效果
• 第四章 涂料中纳米二氧化钛加强对金属防护的机理探索
• 4.1 前言
• 4.2 光电化学保护原理
• 4.3 纳米二氧化钛改性涂料对不同金属的防腐蚀机理分析
• 4.3.1 纳米二氧化钛改性聚氨酯涂料对金属铜的防腐蚀机理分析
• 4.3.2 纳米二氧化钛改性聚氨酯涂料对不锈钢的防腐蚀机理分析
• 4.3.3 纳米二氧化钛改性聚氨酯涂料对A3钢的防腐蚀机理分析
• 4.3.4 纳米二氧化钛改性环氧富锌涂料对耐候钢的防腐蚀机理分析
• 4.3.5 纳米二氧化钛改性氟碳涂料对铝合金的防腐蚀机理分析
• 第五章 纳米二氧化钛改性涂料的空气净化性能和基本性能测试
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 纳米二氧化钛改性涂料净化甲醛、甲苯的机理探讨
• 5.5 纳米二氧化钛改性涂料的其他基本性能检测
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 附录