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研究生:鄭智文
研究生(外文):chih-wen cheng
論文名稱:環保奈米防蝕塗料研究
論文名稱(外文):Environmental protection endures the anti-corrosive coating of nano-particles to study
指導教授:葛明德葛明德引用關係
指導教授(外文):Ming-Der Ger
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學中正理工學院
系所名稱:應用化學研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:環保奈米鋅粉分散性
外文關鍵詞:Environmental protectionNano-zinc powderCorrosion resistance
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本研究考慮環保需求,選用水性無機矽酸鹽富鋅底漆塗料,將塗料配方中之微米鋅粉(平均7.5 μm)以奈米鋅粉(平均35 nm)替代以及混合,研究奈米鋅粉製程參數對成膜及耐蝕機制影響。
奈米鋅粉塗料添加H14N陰離子型分散助劑後,以穩定性分析儀測試,可明顯獲得分散及穩定效果,再經鹽霧試驗690小時結果顯示,有無添加分散劑試片均有30%以上紅鏽出現,故添加分散劑不會對耐蝕性造成明顯影響。
研究發現奈米鋅粉與矽酸鹽膠經由濕式奈米研磨分散機研磨後,採用噴塗法製作試片,以SEM觀察奈米鋅粉分散情形,噴塗法製作之塗層顯示奈米鋅粉呈現均勻分散情形,顆粒大小均約35 nm。因此,將奈米研磨分散機搭配穩定度分析儀進行高固含量漆料系統分散研究,對奈米塗料不易分散及不易分辨塗料分散程度問題,為一有效解決方案。
耐蝕結果顯示:奈米鋅粉噴漆試片(P/B=1/1)浸泡鹽水30天外觀仍良好無變異,唯刻痕處有紅鏽生成;奈米鋅粉塗佈試片(P/B=1/5)經鹽霧112小時出現紅鏽;奈米鋅粉與微米鋅粉混掺(PN/PM/B=1/900/330、1/450/180及1/300/130)之噴塗試片經鹽霧700小時出現紅鏽,以上三者均較商規成份(P/B=3/1)所製作之微米鋅粉試片尚無紅鏽情形較不佳,經電化學檢測微米與奈米鋅粉塗層有不同頻譜變化結果研析,奈米鋅粉在耐蝕機制中以緻密阻擋保護為主,微米鋅粉以犧牲陽極反應為主,二者機制不同。另奈米鋅粉塗層附著力表現依據ASTM3359測試達5B,效果超越微米鋅粉塗層檢測結果。
In order to protect the environment, a water-borne inorganic Zinc-rich silicate paint is developed in this study. Nano-sized zinc dust (ca. 35 nm) is used in this recipe instead of and mix of micro-sized zinc particle (ca. 7.5 μm). The film formations are accomplished by either coating or spray painting. The influence of Zinc particle sizes (nano or micro scale) on anticorrosion performance and film morphology are compared and the process parameters are thus obtained.
Our results show that the effect of H14N on the dispersion degree can be effective. After exposure time of 690 hr, the presence of local rusts areas for all of the samples with or without H14N anionic dispersant are over 30%. It is obvious that the effect of H14N on the anticorrosion is negligible.
The nano-sized Zinc particles and water-bone inorganic silicate paint were mixed with a wet grinding machine, and than were sprayed painting coated samples. Our SEM results show that the nano-sized Zinc particles of all samples disperse very well. It is also found that the dispersion degree can be effectively verified by wet grinding and spraying machines and dispersion analyzer.
The EIS data show that the anticorrosion mechanisms are different between paints with nano-sized Zinc and those with micro-sized Zinc. Nano-sized Zinc paint protects the metallic surface by acting as a physical barrier, the appearance of sample does not change, the rust only presents on the carved part. Micro-sized Zinc paint protects the metallic substrate by sacrificial cathode protection mechanism. The adhesion between paint and substrate for nano-sized Zinc paint is superior to micro-sized Zinc paint. The adhesion datum determined according to the ASTM 3359 Standard for nano-sized Zinc paint is 5B.
誌謝……………………………………………………………….……….….……....ii
摘要……………………………………………………………………….….…….. iii ABSTRACT…...………………………………………………………….….….…...iv
目錄………………………………………………………………………...……....... v
表目錄…………………………….…………………………………..….…… …...viii
圖目錄………………………………………………………………………..............ix
1. 前言 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 防蝕塗料現況 1
1.1.2 環保塗料發展 3
1.1.3 奈米塗料發展與問題 4
1.2 研究動機與目的 5
2. 文獻回顧與理論 7
2.1 塗料的設計與作業須知 7
2.2 水性無機富鋅塗料防蝕機理 8
2.3 電化學防蝕測試 10
2.4 奈米特性簡介 12
2.5 穩定性與分散性機理 15
3. 實驗 17
3.1 實驗藥品及儀器 17
3.1.1 實驗藥品 17
3.1.2 實驗儀器 17
3.2 實驗規劃及步驟 18
3.2.1 實驗規劃 18
3.2.1.1 奈米鋅粉漆實驗規劃 18
3.2.1.2 奈米與微米鋅漆混掺實驗規劃 19
3.2.2 實驗步驟 19
3.2.2.1 奈米鋅粉漆實驗規劃 19
3.2.2.2 奈米與微米鋅漆混掺實驗步驟 21
3.3 實驗流程 22
3.3.1 奈米鋅粉漆實驗流程圖 22
3.3.2 奈米與微米鋅漆混掺實驗流程圖 23
4. 結果與討論. 24
4.1 奈米鋅粉漆實驗. 24
4.1.1 奈米鋅粉漆塗佈實驗. 24
4.1.1.1 不同混拌方式對水性無機奈米鋅粉漆分散效果之影響 24
4.1.1.2 不同物理法前處理試片對塗裝之影響 24
4.1.1.3 不同化學法前處理試片對塗裝之影響 26
4.1.1.4 不同配方比例奈米鋅粉漆對塗裝之影響 27
4.1.1.5 不同分散劑對奈米鋅粉漆穩定效果之影響 30
4.1.1.6 不同加工鋅層對鹽霧耐蝕之影響 33
4.1.1.7 奈米鋅粉漆塗佈法試驗綜合分析 37
4.1.2 奈米鋅粉漆噴塗實驗 38
4.1.2.1 不同攪拌方式對噴塗裝作業影響 38
4.1.2.2 不添加稀釋劑及調配最大鋅粉量對噴塗裝作業影響 38
4.1.2.3 微米及奈米鋅粉塗料噴漆試片附著力及厚度分析 38
4.1.2.4 微米及奈米鋅粉塗料之噴漆試片浸泡鹽水分析....………….……42
4.1.2.5 微米及奈米鋅粉塗料之噴漆試片浸泡鹽水電化學分析 47
4.1.2.6 奈米鋅粉噴塗試驗綜合分析 51
4.2 奈米與微米鋅粉漆混掺實驗. 52
4.2.1 不同配比奈米與微米鋅粉漆試片對鹽霧試驗影響 54
4.2.2 不同配比奈米與微米鋅粉漆試片對交流阻抗試驗影響 54
4.2.3 不同配比奈米與微米鋅粉漆混掺試片SEM觀察 57
4.2.4 綜合分析 60
5.結論 61
參考文獻 62
自傳 66
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