目前的汽车涂料系统由几层组成，如胶粘剂促进层、底漆、底漆和清漆。底层，即粘结促进层，在提供更好的粘结基材(如低碳钢、铝和镀锌铁)方面起着至关重要的作用，并且还提供了对环境条件的高度耐腐蚀性层。一般来说，底漆基于不同的树脂化学性质(醇酸、环氧和聚氨酯)和颜料(防腐颜料和扩展剂)，这取决于应用领域，如装饰或海洋应用。底漆的主要成分是填充剂/填充颜料，它们的大小和形状各不相同，对于底漆的填充、砂光、流动性和耐久性等性能至关重要。

大多数底漆底漆系统由较大颗粒的扩展剂组成，如瓷土、滑石粉、白垩和重晶石。这些赋予抠图，填充和中等阻力的涂料系统的性质。但这些扩展器也提供了一个不太灵活的系统，隐藏性能很差。然而，在纳米级水平上，纳米扩展剂的尺寸和形状不同，可能提供更好的涂层性能。

纳米材料188金宝搏bet官网具有相对较大的表面积。随着颗粒尺寸的减小，在表面可能会发现更多的颗粒，形成比大尺寸颗粒更活泼的表面(图1)。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大尺寸扩展剂可以提供更好的涂层性能。本文讨论了使用纳米粘土代替大尺寸扩展剂的研究结果。

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可分散层状硅酸盐，平均粒径为25 nm (Al₂O_3.2 sio₂2 h₂O)，用于研究。纳米粘土涂料的合成分两步进行。

1.纳米黏土分散

一般来说，纳米颗粒的分散是非常困难的，因为它们的表面积大。聚氨酯涂料因其优异的耐久性而被选用。丙烯酸多元醇(固体含量80%)和聚酯多元醇(固体含量20%)被用作分散树脂。将以下样品分散，直到达到小于20微米的细度:

·0%纳米粘土;

·2%纳米粘土;而且

·5%纳米粘土。

2.纳米粘土聚氨酯涂料的制备

上述分散体分别与异氰酸三聚体混合，所有实验样品的OH-NCO比值保持在1:1.5左右。然后将所有样品直接喷在软钢基板上，最后涂上一层溶剂型面漆。

测试方法及结果

固化7天后评价以下性能。

摆硬度

以纳米粘土为基础的固化促粘层应用于低碳钢基体上，测试了其摆硬度。采用毕克加德纳摆硬度计测量涂层的表面硬度。Persoz摆的重量为500克。Persoz阻尼的测量方法是记录摆偏转12°直至下降到4°的振荡次数。结果如表1和图2所示。

摆锤硬度评价结果对于了解表面粗糙度/光滑度水平至关重要。纳米粘土更细，更紧密地堆积在一起，这使得它容易出现较差的层间粘附性能。然而，研究结果表明，随着纳米粘土的增加，平滑水平逐渐降低。它清楚地表明，添加2%和5%的纳米粘土会产生粗糙度，这对于粘附到下一层至关重要。

干燥粘合，ASTM 3359方法B

分别于24 h和7 d后测试所应用体系的粘附性能。在薄膜和衬底之间形成一个十字图案。线与线之间保持2mm的距离。压敏胶带应用于交叉缺口区域并平滑，直到没有空气夹杂物可见。然后以45°的角度将胶带从测试面板上拉出。粘附性的判断范围为0B-5B，其中5B=无失效;4 b = 0 - 5%失败;3 b = 5 - 15%的失败;2 b = 25 - 35%的失败;1B=35-65%失效，0B= 65%以上失效。 The results are shown in Table 2.

结果表明，纳米粘土的加入显著提高了干粘接性能。然而，纳米粘土的数量从2%进一步增加到5%，结果是相似的水平。

高压湿度试验(SAAB STD-3976-98)

固化样品按照SAAB的要求进行高压水喷雾测试⁷和SCANIA方法。根据SAAB(45ºC/80巴压力)和SCANIA(55°C/120巴压力)的方法，对涂漆的基底进行固定压力和温度的水射流。喷雾器喷嘴与面板的距离固定为10cm。在暴露于高压之前，将漆膜与基材进行交叉切割。SAAB的排序方法为:0 =未失效，5 =完全失效。结果如表3所示。

结果表明，纳米粘土的加入提高了涂层之间的粘附性能。其中，5%浓度比0%浓度具有更好的粘附性能。

冲击试验(ISO6272)

对固化后的涂层进行了间接抗冲击性能测试。带有压头的物体由刻度管引导，刻度管从不同高度落下，从1毫米到1000毫米。落锤重量为1kg，压头直径为2cm。结果如表4所示。

在50毫米高度测试的样品显示，冲击区域没有裂缝。当高度增加到100 mm时，出现轻微裂缝。然而，纳米粘土基的样品表现出相对更好的结果，与0%纳米扩展剂。在150毫米高度也表现出类似的趋势。

从上述结果可以看出，纳米粘土的使用略微提高了涂层的柔韧性。然而，纳米粘土的数量从2%进一步增加到5%，结果是相似的水平。

锥形芯棒试验(ISO-6860)

固化的面板使用锥形心轴进行弯曲。芯轴宽度为5mm ~ 230mm，总长度为20.4 cm，并在5mm处夹紧面板。涂漆的面板以稳定的速率弯曲180°，没有抽搐1至2秒。立即用放大镜检查涂层板是否开裂或从基材上脱落。裂缝长度以毫米为单位;单位越低，灵活性越好。结果转换为一个排名，其中10 =没有分层的薄膜，1 =完全失败。结果如表5所示。

结果表明，掺入2%的纳米粘土对柔性没有影响，而在5%的浓度水平下会出现轻微的破坏。

圆柱芯棒试验(ISO-1519)

样品经过圆柱形测试，以确定涂层膜的柔韧性。

将7天陈化的涂漆金属基板以稳定的速率弯曲180°，在直径为25毫米的圆柱形芯轴上不颠簸1至2秒。等级(12)越高，抗开裂、剥落和脱离能力越强。结果如表6所示。

结果表明，纳米粘土的加入对涂层的柔韧性没有影响。所有样品均无开裂、剥落和分层现象。

埃里克森拔罐试验(ISO-1520)

对于埃里克森拔罐试验，对固化薄膜进行了最大压痕深度(mm)测试，在此压痕深度时涂层从基材上开裂或脱落。仪器以均匀的速度(0.2 mm/s)将球面冲头压入测试面板。监测并记录涂层的开裂或剥落情况(表7)。

不添加纳米扩展剂的样品最大深度为9.8 mm。纳米粘土的掺入浓度为2%时裂缝为9.4 mm，浓度为5%时裂缝为8.8 mm。因此，纳米粘土对柔韧性有负面影响。

结论

研究表明，纳米粘土的加入显著提高了干燥附着力和高压热水喷雾试验性能。在锥形芯棒和圆柱芯棒试验中，弹性性能保持不变。抗冲击性略有提高，而埃里克森拔罐试验呈负影响。总之，可以得出结论，纳米粘土掺入是涂料配方剂增强干附着力和抗冲击性的一种选择。n

编者注:本文的第二部分将评估水/湿度和耐腐蚀性，将刊登在2月号上。

确认

作者要感谢阿克苏诺贝尔汽车与航空航天涂料印度有限公司董事总经理Sudhakar Dantiki博士和允许我们使用仪器的管理层。

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