纳米材料在桥梁防腐涂料中的应用及发展前景

《纳米材料在桥梁防腐涂料中的应用及发展前景》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、纳米材料在桥梁防腐涂料中的应用及发展前景交通运输部科学研究院赵蔚桥梁分布在海洋环境、工业腐蚀环境、酸腐蚀的手段之一。因此，进行防腐新材料和新技术的研究开发已成为当前防腐涂料领域的重要课题。纳米材料由于其颗粒（丝、管或薄膜）尺寸在纳米范围，所以其比表面积超过常规材料的数十倍，因其表面活性极高，这种表面活性的作用使其具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特殊性质，将纳米材料用于涂料中，这些特殊功能改变了涂料的固有特性，使其某些性能有极大提高。雨环境等，它们承受着荷载和SO2、雨水、凝露、海水、台风等多

2、种因素的影响，使桥梁的腐蚀防护问题已成一个重要课题。国外学者曾用“五倍定律”形象描述混凝土结构耐久性设计的重要性，即耐久性设计阶段，对混凝土钢筋防护方面不合理地节省1美元，那么发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施，将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。防腐涂料是最常用的防止金属82TRANSPOWORLD2014No.22(Aug)改性防腐涂料用纳米材料纳米二氧化硅纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表

3、面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻、光学等方面具有特异的性能。纳米SiO2提高涂膜的耐候性是因为它对紫外线具有强反射性。纳米二氧化硅具有三维网状，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不退色。纳米氧化硅具有常规SiO2所不具有的特殊光学性能，它具有极强的紫外吸收，红外反射特性。经紫外可见分光光度计测试表明纳米SiO2对长波段（320~400nm）紫外线的反射率达到88%；对中波段（280~320nm）紫外线的

4、反射率达到85%；对短波段（200~280nm）紫外线的反射率达到70%~80%，且其光学反射谱重复性好。它添加到涂料中能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料的隔热性，徐国财等通过纳米微粒填充法，将纳米氧化硅作掺杂到紫外光同化涂料中，明显地提高了紫外光固化涂料的硬度和附着力，还减弱了紫外光同化涂料吸收UV辐射的程度，从而降低了紫外光同化涂料的同化速度。纳米氧化锌纳米氧化锌是由极细晶粒组成、特征维度尺寸在纳米数量级（1～100nm）的无机粉体材料。与一般尺寸的氧化锌相比，纳米尺寸的氧化锌具有

5、无毒性、非迁移性、荧光性、压电性、吸收散射紫外能力等。ZnO属氧化物半导体，具有静电效应。这种静电增强效应增加了粉末涂料粉体颗粒表面电荷分布密度，增强了粉体的静电性能，提高了上粉率；促进了粉末涂料致密涂层的形成；同时有利于纳米粒子进入基材表面微孔和微缺陷处，促使涂层与金属底材形成键合结构，增强涂层附着力。纳米氧化锌对紫外光有很好的屏蔽性，在整个紫外光区（200～400nm），氧化锌对光的吸收能力比氧化钛强。纳米氧化锌的有效作用时间长，对长波紫外线（UVA，波长320～400nm）和中波紫外线（UVB，波长280～32

6、0nm）均有屏蔽作用，能透过可见光，有很高的化学稳定性和热稳定性。刘福春等在聚丙烯酸涂料中加入纳米氧化锌浓缩浆，使其在涂膜的厚度为75μm时，可屏蔽99%的紫外线。纳米二氧化钛纳米二氧化钛，亦称纳米钛白粉。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100nm以下，其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效。纳米二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。纳米TiO2对200nm以上的紫外线的屏蔽率高达99.99%，当在水溶液中含

7、量为十万分之五时，对紫外线的屏蔽率仍然维持在99.9%以上。阳露波将经过无机-有机包膜改性的金红石纳米TiO2加入涂料中，结果表明，当金红石纳米TiO2添加量在1.0%～3.0%时，涂料的附着力由5级变为1级；柔韧性由5mm提高到1mm；抗冲击性能由20kg/cm2提高到60kg/cm2；抗老化时间由500h提高到2000h。纳米材料中防腐涂料中的应用效果由纳米粒子组成的粉体材料，其颗粒尺寸在1~100nm之间，由于这一尺寸范围与物质中表1涂层的“微孔”及其可透过的介质涂层微孔孔径产生原因可透过的介质10-5cm~1

8、0-7cm（需电子显微镜成膜物质微粒间距或分子团形成直径小的离子或气体，如H+、OH-等观察）的微孔，也叫“结构孔”10-2cm~10-4cm（可用显微镜观涂料在成膜中由于空气或溶剂蒸分子量较大的气体或离子，如汽溢出所形成的“微孔”也称Na+、Cl-、NO-等察）“针孔”大于10-2cm的“微孔”肉眼可观涂料的杂质，微小龟裂，及其它各种气体、液