ZnO/CuO提升涂料在极端环境下的防护作用 利用纳米技术改良涂层性能

来自 实验室仪器网

《科学报告》最近发表的一篇文章展示了ZnO和CuO纳米颗粒(NP)作为涂料配方中的耐热和耐腐蚀颜料的功效。这些NP是使用环保植物提取物合成的，其性能根据吸油量、氢离子浓度、研磨细度、水分含量、渗色和烧失量等特性进行评估。

保护室外碳钢设备（如排气机、炉子、烟囱、烤架和烤箱）是一项挑战，尤其是在应用装饰涂层时。这些涂层必须增强美观度，同时还要能够抵抗各种天气条件，具有高耐热性和耐腐蚀性。烹饪工具上使用的涂层还必须遵守食品安全法规。

硅基涂层材料因其热稳定性而有望用于高温应用。例如，聚硅氧烷通常用作此类涂层的粘合剂。利用硅酸乙酯作为粘合剂的富锌无机涂层专门用于防止恶劣环境中的钢腐蚀。

虽然已经开发出许多具有耐热或耐腐蚀性能的涂料，但很少有涂料能同时满足这两个标准。因此，本研究调查了涂料配方中金属氧化物NP基颜料的耐热和耐腐蚀性能。

分别使用秋葵植物提取物与醋酸锌和硝酸铜溶液合成ZnO和CuONP。使用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、热重分析、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。使用Zeta-sizer测量粒度分布和zeta电位。

对含有ZnO和CuO的颜料的吸油量、渗色性、水分含量、氢离子浓度（pH值）、分散细度和烧失量进行了评估。然后，将这些颜料与硅树脂以2:1的比例混合，使用球磨机制备两种涂料配方。

使用涂膜器将制备好的涂料涂在钢表面上，厚度为80±5μm。对漆膜进行了多项机械和物理评估。这些包括厚度量化、镜面光泽度测量、漆膜硬度、柔韧性、附着力和抗快速变形性。

耐热性使用方法A评估内部服务涂层，使用方法B评估外部服务涂层。耐腐蚀性通过暴露于5%NaCl的盐雾中500小时来评估，腐蚀量以可见生锈（点状、一般、针尖或混合生锈）、起泡、照相检查和划痕失效来量化。

合成的NP颜料的pH值为11（ZnO）和8（CuO），分别表示强碱性和中等碱性。ZnONP的吸油值高于CuONP（115vs.75），这表明在涂料中使用ZnO时需要更多的粘合剂。然而，研磨细度值表明ZnONP在颜料-载体系统中的分散性更好。

ZnO和CuONP的含水量都很低，在各种溶剂中均未观察到渗色现象，表明它们在涂层中具有良好的稳定性。颜料在暴露于热和光时仍能保持其形状和颜色，表明它们对环境因素具有出色的耐受性。此外，ZnO和CuONP在燃烧时均未发现重量损失，表明它们具有很强的热稳定性。

纳米颗粒涂料配方的SEM图像显示没有形态不规则现象，表明纳米颗粒在颜料载体中分散良好。干燥的漆膜在测试过程中保持完整性，即使暴露48小时后仍能抵抗Na2CO3、H2O和H2SO4等刺激性化学物质。

在暴露于高达500°C的高温时，ZnO和CuONP基漆膜未出现损坏或开裂，均匀性和颜色均保持不变。与CuONP基漆膜相比，ZnONP基漆膜表现出更高的热稳定性。此外，ZnO和CuONP的逐渐加入降低了漆膜中的起泡密度和斑点锈蚀，从而提高了整体耐腐蚀性。

研究人员利用环保的植物提取方法成功合成了ZnO和CuONPs，并分析了它们作为颜料的有效性。

将这些金属氧化物纳米粒子与硅树脂一起加入涂料配方中，可形成具有显著物理机械性能的薄膜，包括耐热、耐化学性和耐腐蚀性。在500小时盐雾测试中，基于ZnO纳米粒子的涂层优于基于CuO纳米粒子的涂层。

这项研究的结果表明金属氧化物纳米颗粒在耐热、耐腐蚀颜料应用方面的潜力。

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