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室温硫化硅橡胶(RTV)广泛应用于电力防污闪涂料,对电网的安全稳定运行起到了重要的保证作用。然而室温硫化硅橡胶涂料常年暴露在户外,遭受紫外线的照射,不可避免地会出现老化现象,进而失效而引发污闪事故,造成严重的经济损失,因此室温硫化硅橡胶的防老化研究极其重要。加入紫外吸收剂是室温硫化硅橡胶防老化最通用、最方便、最经济的方法,但是目前常用的紫外吸收剂纳米TiO2和ZnO应用于室温硫化硅橡胶的防老化过程中存在一定的问题,本文研制了一种新型的、低成本的无机纳米紫外吸收剂纳米羟基铁(β-FeOOH),并将其应用于室温硫化硅橡胶防老化性能的研究。主要研究内容与结果如下:
(1)针对市场上常用的纳米TiO2和ZnO等无机紫外吸收剂存在的问题:一是不能完全屏蔽整个紫外区域；二是其自身的光催化活性容易产生降解作用。我们开发了一种新型无机紫外吸收剂纳米羟基铁(β-FeOOH)。采用水热法制备了纳米羟基铁,并对其制备工艺参数进行了优化。通过紫外可见吸收光谱分析发现,所得制品在整个紫外区域(200-400nm)都展示了优异的紫外吸收能力,可以实现对整个紫外区域的吸收量达到96％左右,这明显优于以往常用的无机紫外吸收剂,具有广阔的应用前景。
(2)采用NaH2PO4作为形貌控制剂,对纳米羟基铁的形貌进行了调控,选择正交实验,得出了最佳工艺条件。近一步分析和讨论了形貌控制剂NaH2PO4的用量对产物最终形貌的影响。制备得到了不同形貌的(立方,棒状,稻草状,花瓣状)纳米羟基铁,并对NaH2PO4的形貌调控机理进行了研究探索。此外,首次制备出了稻草状纳米羟基铁。
(3)采用水热法分别制备了不同含量的掺杂Zn、Ti、Ga的纳米β-FeOOH,并对所得产物进行了分析表征。结果表明:Ti掺杂比较低(5 mol％)时可以明显改善β-FeOOH在200-350nm的紫外区域内的紫外吸收性能； Zn掺杂(5 mol％)后所得产物的紫外吸收性能比纯的β—FeOOH的紫外吸收性能在整个紫外区域(200-400nm)有所提高,由98％提高到了99％,但是对于可见光区域(400-800nm)的透过率却有所降低,由72％降低到了40％左右。掺杂Ga后β-FeOOH的紫外可见吸收性能在整个紫外区域(200-400nm)都得到了极大地提高,掺杂后其吸收值由98％提高到了99.9％,在整个紫外区域内实现了对紫外光的完全吸收和屏蔽,同时可见光波段的透过率没有降低,还可以达到75％左右,具有潜在的应用前景。
(4)采用水热法制备了纳米氧化锌和纳米二氧化钛,紫外可见吸收光谱表明在相同的条件下,纳米羟基铁比纳米氧化锌和二氧化钛具有更强的紫外吸收能力。对纳米羟基铁优异紫外吸收能力的原因进行了推测:纳米羟基铁的禁带宽度远小于纳米氧化锌和纳米二氧化钛的禁带宽度,因此可以吸收更多波段的紫外光；纳米羟基铁是规则的均一的棒状,长轴约在500nm,短轴约在100nm左右,远大于纳米氧化锌和纳米二氧化钛的原始粒径(70nm和30nm左右),原始粒径越大,对长波紫外线的散射能力越强,纳米羟基铁在长波紫外区域的屏蔽能力也优于纳米氧化锌和纳米二氧化钛。此外,由于纳米羟基铁所特有的羟基,导致对紫外光的吸收效果显著增强,保证了紫外线屏蔽效果。
(5)制备了不同添加量下棒状β-FeOOH/RTV复合材料,紫外可见吸收光谱分析发现,当添加量为0.05wt％时,复合材料对240-400nm波段区域的紫外光吸收值可以全部达到98％以上,紫外吸收能力得到显著的提高,同时对于可见光的透过率略有所降低,是最优添加比例。制备了稻草状、花瓣状、Zn掺杂、Ti掺杂、Ga掺杂β-FeOOH/RTV、TiO2/RTV、ZnO/RTV复合材料,以空白的RTV做参比,结合紫外可见吸收光谱,分析了各种添加剂对RTV的紫外吸收能力的影响。结果研究表明,棒状纳米β-FeOOH以及Ga掺杂β—FeOOH都明显改进了RTV复合材料的紫外吸收性能。
(6)考察了不同添加量下的棒状、稻草状、花瓣状、Zn掺杂、Ti掺杂、Ga掺杂β-FeOOH/RTV、TiO2/RTV、ZnO/RTV复合材料力学性能的影响,研究表明棒状β—FeOOH以及Ga掺杂β—FeOOH添加后,并没有降低RTV的力学性能,反而有所提高。将棒状β—FeOOH/RTV、Ga掺杂β-FeOOH/RTV、空白RTV、ZnO/RTV和TiO2/RTV复合材料在紫外灯下加速老化了72h,测试发现纳米ZnO以及(特别是)TiO2对RTV具有很强的降解作用,棒状β-FeOOH以及Ga掺杂β-FeOOH的加入,经过紫外老化加速试验后,RTV复合材料的力学性能没有显著降低,说明改进RTV的耐紫外老化性能,具有广阔的应用前景。