腐蚀是个老问题,也是个世界老大难问题,材料科学家们长期深入进行研究探索寻求解决方法。防止金属锈蚀的方法及材料的研究不仅是一个重大的科学问题,而且在国民经济中具有重要的作用和地位。重防腐材料和技术的发展水平已成为一个国家科学技术水平的标志。
纳米材料和技术是21世纪战略新材料和高新技术,世界各国争相占领这一制高点。随着纳米材料和技术的深入研究和发展,为解决这个世界老大难问题提供了新的思路和方法。
经过十年的深入研制,西安华捷奥海新材料公司研制生产的纳米纤维高性能重防腐涂料终于问世(发明专利;ZL201210027221.9);“材料创新、原理创新、技术创新、工艺创新”,是纳米纤维重防腐涂料的四个突出特点;这是一项具有完全独立自主知识产权、性能指标远远超过目前世界上重防腐领域最高技术水平的成果;纳米纤维重防腐涂料经过近十年的研究、试制、各种严酷环境试验,造就了纳米纤维涂料前所未有超长的防腐性能和严酷环境的适应性。
纳米纤维重防腐涂料,技术采用具有核/壳结构的纳米多功能系列高分子纤维材料,形状呈纤维状,粒径40~80nm,长度2~3μm,电导率13s/m。
纳米材料是指在三维空间中任意一维,材料的特征尺寸在1-100nm范围的材料。当一个微粒的尺寸小到纳米量级时,它的微观结构和性能既不同于原子、分子的微观体系,也不同于显示本征特性质的大颗粒材料宏观体系,而是介于二者之间的一个过渡体系。纳米微粒尺寸小,比表面积大,具有很高的表面能,从而对其化学性质有很大影响。实验证明,粒子分散度提高到一定程度后,随着粒子直径的减小,位于粒子表面的原子数与总原子数的比值急剧增大,当粒径降为5nm时,表面原子所占比例可达50%。由于表面原子数增加,微粒内原子数减少,使能带中的电子能级发生分裂,分裂后的能级间隔(1×12-2-1×10-5eV)。纳米材料由于其自身结构上的特征而具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应,因而与同组分的常规材料相比,在化学、物理、催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能,在重防腐涂料技术方面显示出很好的发展前景。
(1)纳米微粒尺寸小,比表面积大,具有很高的表面能,该材料能够与金属表面形成一层看不见的二元界面保护膜,使金属阳极处于纯化电位,能使金属表面形成致密的氧化物钝化层,具有阳极保护作用,阳极保护后,纳米高分子材料,充当催化剂,以干扰金属表面氧化这个化学反应。
(2)纳米纤维重防腐涂料,在金属表面能够形成致密的互通互穿导电网络结构,使金属的腐蚀电位升高(升高223mv), 腐蚀电流密度下降173.2μA/cm2,腐蚀电流密度大大降低,使腐蚀发生的条件和难度提高,腐蚀不易发生。
(3)由于形成致密的互通互穿导电网络结构,电子向涂料表面移动,氧化还原反应发生在漆的外表面,而不是发生在金属表面,使反应与金属形成空间分离,保护金属不被腐蚀。纳米纤维重防腐涂料,在防腐过程中,有可逆氧化还原特性、不损耗的优势,防腐功能可达50年为久;
(4)同时二元界面又大降低金属材料的表面张力,使材料的表面能降低到10~15mJ/m3,达到材料表面改性,酸、碱、盐、水蒸汽及有害物不易与表面粘接,使材料表面具有防酸、碱、盐、水蒸汽及有害物对金属表面的侵蚀,达到高性能防锈防腐的功能;
(5)纳米高分子纤维材料对 酸、碱、盐、水蒸汽及有害物非常稳定,由于其大的比表面积和特殊的几何形状,可形成致密的隔离层,能够有效阻隔酸、碱、盐、水蒸汽及有害物对金属表面的侵蚀。纳米纤维高分子材料与树脂可形成金属塑料,超长的耐酸、耐碱、耐盐等特性,是新一代高性能防锈材料。并提高涂料的抗老化性,使涂料的耐日晒色牢度大提高,可使涂料颜色保持长久鲜艳不变,具有前所未有的功能稳定性。
(6)涂料本身不含Zn、Cr、Pb等重金属,具有优异的环保功能;
(7)该材料是新型高科技环保材料,无毒、无害、无味、环保,保护施工人员身体健康。表面处理后主要技术指标达到并远远超过国家标准和国际标准要求。
纳米纤维重防腐涂料主要技术指标:
性能
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富锌防腐涂料
(国家/行业标准)
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纳米防腐涂料
(权威机构检测数据)
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耐盐雾指标
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1000小时
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10000小时
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CL-渗透率
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5X10-3 mg/cm2.d
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3.6X10-5 mg/cm2.d
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耐酸性(10%H2SO4)
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24小时
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208天以上
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耐碱性(10%NaOH)
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16小时
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208天以上
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附着力指标
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5兆帕
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22兆帕
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交变湿热测试
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240 小时
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20000小时
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环保性能
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重金属污染
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FDA环保认证
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从上面的数据中可以看到,与传统富锌防腐涂料相比较,纳米纤维重防腐涂料在各方面表现出的性能改变已经不仅仅是量的变化,而是更接近于一种本质意义上的变化。从理论上讲,其对金属的防护年限有可能是传统富锌防腐涂料的五倍乃至十倍以上。究其原因,纳米纤维重防腐涂料的发明,颠覆了以牺牲阳极作为防腐手段的理念。
纳米纤维重防腐涂料的研制成功,不仅是防腐材料的重大科技创新,也是防腐原理、理念和工艺的一次革命,对建立新的行业标准,打破国外对中国重防腐领域的长期垄断的格局将会起到重要作用,这一高科技的应用将开创重防腐技术新时代。