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《太原理工大学》 2011年
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紫外光固化纳米SiO_2杂化材料的制备及其性能研究

刘伟  
【摘要】:紫外光固化涂料具有固化速度快、污染小、节约能源等特点已被广泛应用。然而,纯有机光固化涂料的固化膜存在硬度低、耐磨性差、热稳定性能不足等缺点,通过添加无机填料可以提高有机固化膜的性能。 纳米SiO2是一种具有高硬度、耐高温等优异性能的无机填料。将纳米SiO2直接加入到涂料中,其极易团聚和亲水的特性导致在有机涂料中难以均匀分散,使有机涂料粘度增大,难以提高固化膜的硬度、耐磨性等性能。为了解决这一问题,本论文利用纳米SiO2表面含有活性Si-OH基团的特点,设计了一系列实验对纳米SiO2进行改性,制备了不同结构的可聚合纳米SiO2杂化材料。主要实验如下: (1)用异佛尔酮二异氰酸酯和纳米SiO2表面的Si-OH基团反应,将—NCO基团接枝到纳米SiO2表面,再与丙烯酸羟乙酯反应,将丙烯酸羟乙酯接枝到纳米SiO2表面。 (2)在催化剂对甲苯磺酸的作用下,直接将丙烯酸羟乙酯通过酯化反应接枝到纳米SiO2表面。 (3)用聚醚丙二醇对表面接枝有—NCO基团的纳米SiO2进行扩链,最后用丙烯酸羟乙酯封端,制得大分子纳米SiO2杂化材料。 (4)用乙醇胺和三缩丙二醇双丙烯酸酯通过Michael加成合成了含有—OH基团和叔胺结构的有机物,将该有机物与表面接枝有—NCO基团的纳米SiO2反应,制备出含叔胺结构的纳米SiO2杂化材料。 (5)将纳米SiO2直接加入异氰酸酯中进行原位改性,进一步与聚醚丙二醇和丙烯酸羟乙酯反应,制得纳米SiO2/聚氨酯丙烯酸酯预聚物。 利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热失重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对合成产物进行了分析表征。将纳米SiO2杂化材料应用于光固化涂料中,分析了其对涂料粘度、光转化速率和对固化膜性能的影响,结论如下: (1)通过接枝改性,可以将含C=C双键的不同有机物以化学键的形式接枝到纳米SiO2表面,赋予了纳米SiO2可聚合的特性。纳米SiO2团聚现象得到改善,具有分散性能好,与有机涂料结合力强的特点。 (2)异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯改性的纳米SiO2接枝率为46.8%,酯化法改性的纳米SiO2接枝率为14.2%,而含叔胺结构和大分子结构的杂化粒子接枝率分别为105%和92.2%。这是由反应活性、接枝聚合物相对分子质量以及空间位阻效应共同决定的。 (3)相对于原始纳米SiO2,加入纳米SiO2杂化材料会使光固化涂料具有相对低的粘度,较高的光转化率。含叔胺结构的纳米SiO2杂化材料具有抗氧阻作用,在5wt%添加量以内会使涂料光转化率提高。添加量在6wt%以内,纳米SiO2杂化材料可以有效的提高固化膜的硬度,耐磨性等性能,添加量超过6wt%以后,由于其分散性受到影响,固化膜的各种物理性能又有所下降。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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