化材四甲 4A140035 葉桂伶

介紹 塗膜的功用:防腐蝕、防磨損 轉化塗層:是用陽極處理或Cr3+、Cr6+鹽類溶液和 金屬表面產生化學反應 底漆是環氧樹脂和胺或聚酰胺固化劑交聯，加入 腐蝕抑制劑到底漆，以提高抗腐蝕性。

Cr6+是致癌物質，所以需要尋找效果好、低成本、 對環境無害的非鉻酸鹽腐蝕抑制劑來替代。 需求要件:耐久性、防腐蝕、環保、外觀 聚合物技術通過溶膠-凝膠聯合非鉻酸抑制劑來取 代現有的鉻酸鹽轉化塗層。通過溶膠-凝膠加工製 備的混合有機-無機高分子材料具有很好的機械和 物理性能

溶膠-凝膠架構的構造 水解的物質凝結以形成網狀聚合物 2M(OR)Z−1(OH)→(RO)Z−1M–O–M(OR)Z−1+H2O 溶膠-凝膠法是由金屬醇鹽在酸或鹼的催化下進 行水解及縮和 M(OR)Z+H2O→M(OR)Z−1(OH)+ROH 水解的物質凝結以形成網狀聚合物 2M(OR)Z−1(OH)→(RO)Z−1M–O–M(OR)Z−1+H2O

三烷氧基矽烷是廣為人知的偶聯劑並且容易利用 到許多官能基。加入偶聯劑金屬-碳鍵的官能團不 容易裂解。 RSi(OR)3+H2O→RSi(OR)2(OH)+ROH Al(OR)3+H2O→HO-Al(OR)2+ROH ∼∼∼RSi(OR)2(OH)+HOAl(OR)2∼∼∼∼ →∼∼∼∼RSi(OR)2–O–Al(OR)2∼∼∼∼

溶膠-凝膠之交互作用 2.和金屬表面的交互作用 金屬表面都會有一層氧化物，氧化物層的厚度和密 度變化取決於金屬基底和金屬表面如何處理。例如: 鋁合金的磷酸電鍍產生一個厚度約50nm的硬質多孔 氧化鋁層 潮濕環境中，氧化鋁表面有明顯的羥基群。這些羥 基會和溶膠-凝膠產生縮合反應，在金屬與鋁或矽的 溶膠凝膠膜之間形成化學鍵結M–O–Al

底漆通常由環氧樹脂與氨或聚醯胺固化劑交聯而成 2.2和底漆或面漆的相互作用 底漆通常由環氧樹脂與氨或聚醯胺固化劑交聯而成 環氧樹脂、氨、氨基甲酸酯和其他的基團存在於底 漆層塗料，這些基團容易與相同型態的官能基反應， 並在表面形成溶膠-凝膠網絡。 例如: 因化學鍵結，在金屬基板和有機塗層之間產生一個 平滑且完全貼合的膜層。如此就會增加附著性和耐 用性。

溶膠-凝膠塗膜系統 水性溶膠-凝膠系統

腐蝕抑制劑 溶膠-凝膠溶液加入非鉻酸鹽腐蝕抑制劑已製備和 實驗。抑制劑包括醋酸鈰、草酸鈰、硼酸鈣、 偏 釩酸銨鉀及釩酸鈰。這些化合物1公克可被溶解或 懸浮在鉻-矽酸鹽溶膠-凝膠溶液，在水中抑制劑 組成大約0.37%，在室溫或其他溫度下均可反應。

混合無機/有機塗料 溶膠-凝膠/環氧樹脂 合成物系統 Al2O3膠體溶液 （Yoldas型）（系統1）shell EPI-REZ®   Al2O3膠體溶液 （Yoldas型）（系統1）shell EPI-REZ® 5522-WY-55 環氧硫烷礬土-矽酸鹽溶膠-凝膠溶液(系統3) shell EPI-REZ® 5522-WY-55 環氧硫烷矽土溶膠-凝膠溶液(系統4) shell deft 44W022 溶膠-凝膠/環氧樹脂 比率 1:6 1:3 1:1 固化劑 Shell EPI-Cure® 8290-Y-60 Shell EPI-Cure® 8290-Y-60 Deft 44W022 固定成分 硬化時間 15天 7天 塗料厚度 1.5 mil 2 mil 1.25 mil 乾燥黏著測試 通過 溼度黏著 r.t. 加工處理 失敗 溼度黏著 經兩小時於攝氏80度 噴灑鹽水 1個月與鋅鹽 緩蝕劑 N/A 磨損抵抗力 良 優 塗料外形 平滑的/均勻的 水的接觸角 55 75 >75

3.溶膠-凝膠薄塗膜作為金屬表面處理 鋁合金表面溶膠-凝膠薄塗膜是代替鉻酸鹽轉化塗 膜。 （1）提供優良的附著性的金屬和底漆。 （2）提供防腐蝕保護性能媲美鉻酸鹽。

溼度黏度測試 表3 Alumina-silicate溶膠－凝膠溶液根據不同 silanes官能基之溼度黏度測試結果 矽烷 酸鹼值 黏著性能 Aminosilane 10.5 差 Diaminosilane Epoxy-ether-silane 6 尚可 Epoxysilane 佳 Vinylsilane 5 Allylsilane

溼度黏度測試 乙烯基和丙烯基 → 疏水性 氨基 → 親水性 含有氨基的溶膠-凝膠系統沒有通過濕粘附測試。 含乙烯基和烯丙基的溶膠-凝膠系統全部通過濕附 著力測試。 附著測試結果指出，官能基的親水性扮演了相當重 要的角色。 　　 乙烯基和丙烯基 → 疏水性 氨基 → 親水性

抗腐蝕性 塗料和固化平板放進鹽噴霧室中，在48小時內大多 數平板嚴重腐蝕。 固化平板因溶解凝膠溶液塗料含有偏釩酸鉀，並顯 示出一週無腐蝕現象。其抗腐蝕性佳。 偏釩酸鉀對濕附著性會產生干擾，有小水泡出現， 起泡的原因可能是因膜下的可溶性物質導致。

耐磨損性 在固體內含環氧胺基溶膠-凝膠塗料(系統4)顯示出 良好磨損和腐蝕抗性。 此溶液塗在鋁合金上會產生一層平均的塗層，厚度 大約10μm，它在130℃下交聯2小時，塗料就會有更 好的耐磨性。 此種塗料發現可防止醇類腐蝕。 如：異丙醇、乙醇、酸鹼兩性化合物等， 　　以及5% HCl溶液和0.1N NH4OH溶液。

耐磨損性 系統4塗層的磨損和腐蝕試驗。溶膠-凝膠塗層在面板的下半部。 A)經Taber Abraser 的200轉。(B)經336小時鹽霧曝露。 在溶膠-凝膠面並無出現腐蝕

溶膠-凝膠/環氧樹脂混合塗膜 混合塗膜比傳統的有機聚合物基塗膜有其他的優點: 塗層內無機網狀物可以讓壽命更持久且可以防止紫外光照 射，而水溶性環氧樹脂會漸漸失效。 增加機械強度（如耐磨性）。 無機鹽防腐蝕劑可與填充劑更好結合。 塗層的表面光滑且有防水性，也不會因加入塗料至系統中， 而破壞該塗層的性能。塗膜也比正常底漆塗膜厚，但不影 響圖層之性能。

溶膠凝膠環氧樹脂複合塗層 溶膠-凝膠結構的耐候穩定性和結構強度與環氧樹脂的 柔韌性和室溫固化結合。 環氧丙氧基丙基矽烷是作為溶膠-凝膠混合塗層的偶聯劑 成分。混合塗料配製劑有兩個組成。 1. 主要製劑，內含有溶膠 - 凝膠溶液、鈦氧化物(填料及塗 料)以及非鉻酸鹽防腐蝕劑。 2. 固化，含有水的淺色固化劑。是利用噴霧塗層法噴灑在該 鋁合金板。

圖2，無機/有機混合塗層結構圖: 1. 溶膠-凝膠網絡與膠體粒子和矽烷與官能基的反應和固化。 2 圖2，無機/有機混合塗層結構圖: 1.溶膠-凝膠網絡與膠體粒子和矽烷與官能基的反應和固化。 2.稀釋水環氧樹脂基有機底漆系統的反應和固化。 3.混合塗層系統的反應和固化。注意：FG-官能基如氨基、環氧基。彈性的長鏈是環氧樹脂聚合物。短曲折鏈是胺基固化劑。

結論 溶膠-凝膠塗料由固體內容物衍生而來具有極佳機 械強度、良好黏性及腐蝕抗性。 混合塗料可提升機械強度，正如硬度和磨損抗性。 現在以水為溶劑得溶膠凝膠系統已漸漸被開發，加入不同 的官能團，會有不同的功能。 溶膠-凝膠塗料由固體內容物衍生而來具有極佳機 械強度、良好黏性及腐蝕抗性。 混合塗料可提升機械強度，正如硬度和磨損抗性。

研究方向 在提升溫度固化下，大多數混合塗料研究濕性、黏 性試樣。 在室溫固化下，大多混合塗料是水敏感性的，發展 混合塗料技術可增加特性和室溫溶解度，提供未來 固化重要的問題。

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