纳米材料具有相对较大的表面积。随着颗粒尺寸的减小，可能会在表面发现更多的颗粒，形成一个比大尺寸颗粒更活跃的表面。由于纳米颗粒提供了更大的表面积和量子效应，预计用纳米尺寸的扩展剂取代现有的更大尺寸的扩展剂可以提供更好的涂层性能。本文的第1部分(PCI, 2013年1月号，第44页)揭示了将纳米粘土加入聚氨酯涂料中显著改善了干附着力和高压热水喷雾测试性能。这篇文章讨论了相同的系统测试的水，湿度和耐腐蚀性。

实验

纳米粘土基涂料的合成

纳米粘土是一种有机改性的纳米分散层状硅酸盐，平均粒径为25 nm (Al2O3.2 sio22 h2O)，用于研究。纳米粘土涂层的合成分两步进行。

  1. 纳米黏土分散
    一般来说，纳米颗粒由于表面积大，分散非常困难。聚氨酯涂料因其优异的耐久性而被选用。采用丙烯酸多元醇(固体含量80%)和聚酯多元醇(固体含量20%)作为分散树脂。将以下样品分散至细度小于20微米:0%纳米粘土;2%纳米黏土;5%纳米粘土。
  2. 涂层制备
    将上述分散剂分别与三聚体异氰酸酯混合;所有实验样品的OH-NCO比值均维持在1:1.5左右。然后将所有样品直接喷在低碳钢和铝基板上，最后涂上一层溶剂型面漆。

测试方法和结果

固化7天后对以下性能进行了评估。

水的阻力

将涂在低碳钢和铝基材上的纳米粘土基涂层浸入DM水中，在25±1℃的温度下浸泡10天。然后取出面板，评估是否有水泡、收缩和粘连。24小时后再次对面板进行评估。报告即刻和24小时的结果。起泡结果如表1所示。起泡是根据ASTM D 714确定的;起泡等级:d -密;md -中密度，f -少量;W-Wrinkling。湿法粘附结果如表2所示。纳米粘土在2%和5%浓度水平下的掺入量与0%浓度纳米粘土的掺入量相似。 This means that the addition of nanoclay does not affect the coating film properties in terms of blistering or adhesion properties.

防潮性能

面板被置于克利夫兰冷凝湿度测试仪中，温度为38-40°C，相对湿度约为95%。连续暴露10天后取出面板，并对其起泡、收缩和粘连进行评估。24小时后再次对面板进行评估。报告即刻和24小时的结果。起泡是根据ASTM D 714确定的;起泡等级:d -密;md -中密度，f -少量;W-Wrinkling。表3显示了起泡的结果。结果表明，纳米粘土的加入改善了材料的性能，特别是在低碳钢基体上。添加2%纳米粘土的面板无起泡趋势，而添加5%纳米粘土的面板则出现轻微的微泡。 No significant influence was observed over the aluminum substrate.

表4为湿法黏附结果。纳米粘土的湿粘接性能有了很大的改善，特别是在低碳钢基体上。与起泡时一样，2%的纳米粘土样品在基底上是完全完整的，而5%的样品可以忽略不计。然而，两种浓度的纳米粘土都表现出比0%浓度更好的粘附性能。没有注意到铝板的显著影响。

耐盐雾腐蚀(ASTM B 117)

所有在低碳钢基板上应用的实验样品都在盐雾试验室内进行了测试。盐雾在1 ~ 1.3 bar的空气压力下进行。5份氯化钠溶于95份脱盐水中，按ISO 3696保持质量。机柜温度保持在35±2℃。800小时后，取出所有面板并评估是否起泡和腐蚀。起泡是根据ASTM D 714确定的。沿着刻痕(一侧)的腐蚀/分层距离以毫米为单位报告。结果如表5所示。所有的实验样品在起泡和腐蚀传播方面都表现出相似的水平。纳米粘土的加入对盐雾试验没有任何不良影响。

抗循环腐蚀

所有应用在低碳钢基板上的样品都在VDA试验室内进行测试。根据VDA 621-415，使用改变腐蚀效果的循环来测试车辆部件是有用的。该设备类似于盐雾装置，配有程序，可实现规定的冷凝循环，如下图所示:

  • 盐雾(5% NaCl溶液):24小时
  • 冷凝在38°C: 8小时
  • 23±2°C，相对湿度:16小时

经过5个循环后，所有的面板被移除，并评估起泡和腐蚀传播。结果如表6所示。即使经过5次循环(850小时)，也没有观察到起泡现象。然而，在5%的浓度水平上有显著的改善。这一结果清楚地保证了紧密填充的片状纳米粘土具有保护金属免受腐蚀的倾向。

耐醋酸喷雾腐蚀
(iso 9227, astm g85)

应用在铝基板上的样品在醋酸喷雾试验室内进行测试。盐雾在1 ~ 1.3 bar的空气压力下进行。5份NaCl溶于95份脱盐水中，按ISO 3696保持质量。用冰乙酸将pH值从3.1调整到3.3;机柜温度保持在35±2℃。800小时后，将所有面板拆除并评估起泡和腐蚀传播情况;起泡是根据ASTM D 714确定的。结果如表7所示。结果表明，所有样品的起泡趋势基本相同。纳米粘土对铝基板的耐蚀性能有明显改善。 The corrosion level without nanoclay went up to 20 mm, whereas with nanoclay it reached a maximum level of 2 mm.

结论

研究表明，纳米粘土的加入提高了耐湿性、对低碳钢基板的VDA循环腐蚀和对铝基板的醋酸喷雾腐蚀。耐水性和中性盐雾腐蚀结果表明，纳米粘土对耐水性和中性盐雾腐蚀无显著影响。总的来说，可以得出结论，加入纳米粘土是涂料配方的一个选项，以提高耐久性性能，特别是耐腐蚀性能

确认

作者想要感谢Sudhakar Dantiki博士，akz诺贝尔汽车和航空航天涂料印度有限公司的董事总经理，以及允许我们使用仪器的管理层，这是高度赞赏的。

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