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高分散二氧化硅对不饱和聚酯树脂消光性和消泡性影响

刘明强  
【摘要】:不饱和聚酯树脂(UPR)是使用最为广泛的热固性树脂之一,具有低成本、低密度、高耐腐蚀性及优良的加工性能等优点。其在使用过程中常需要添加填料进行改性,利用无机粒子改性不饱和聚酯树脂常存在分散性和相容性差的问题。近年来,课题组采用原位表面修饰技术制备了一系列具有高分散性和可反应性的纳米二氧化硅,并研究了其对(硅)橡胶、尼龙、不饱和聚酯树脂等聚合物材料中的补强增韧作用。本文选用表面修饰有疏水性或(和)可反应性基团的高分散二氧化硅为改性剂,研究其对不饱和聚酯树脂消光、消泡及增强增韧等性能的作用。主要研究内容及研究结果包括以下几个方面:1、采用乳化方式将二氧化硅均匀分散在不饱和聚酯树脂中,制备低增粘消光涂料。利用多角度光泽度仪、旋转粘度计、便携式铅笔硬度计、欧美克激光粒度仪等分析测试手段,考察了二氧化硅对不饱和聚酯树脂涂层材料的消光性能的影响,探索了二氧化硅粒径、吸油值、孔体积及表面羟基含量对消光性能的影响规律。结果表明,小粒径、大孔体积和高吸油值的二氧化硅的消光性能较好,其中DNS-3L可将纯树脂的光泽度从81.5降低到11.8,消光效果显著。同时发现,由于二氧化硅表面被疏水有机官能团包覆,因此可获得具有低增粘的消光不饱和聚酯树脂,添加量同为1%时,DNS-3L的增粘效果是未经修饰二氧化硅(DNS-0)的3/5,是气相法二氧化硅(EH-5)的1/5,为树脂的加工性能带来很大便利。2、选用高分散二氧化硅与二甲基硅油复配制成硅膏型消泡剂。考察不同型号、不同粒径的二氧化硅对消泡剂分散稳定性的影响,探究二氧化硅表面羟基含量、吸油值、添加量对消泡剂消泡性能的影响。实验结果表明,疏水性二氧化硅在消泡剂中有良好的分散稳定性和防沉降性能,消泡剂对发泡液有优异的消泡性,小粒径、小羟基含量和高吸油值的二氧化硅的消泡性能较好。在60ml的发泡液中,添加0.02g的DNS-3L/PDMS就可在2~3s内除净泡沫,与市售疏水性二氧化硅相比,消泡性能提升明显,同时对不饱和聚酯树脂有较好的消泡性,明显减少了不饱和聚酯树脂涂膜的针孔,使其更加平整和光滑。3、为考察二氧化硅作为消光剂、消泡剂对不饱和聚酯树脂力学性能的影响,探究了不同型号、不同添加量二氧化硅对不饱和聚酯树脂拉伸性能和冲击性能的影响,同时探究了二氧化硅对杂化材料的耐碱性影响。采用傅里叶变换红外光谱仪、热失重分析仪、场发射扫描电子显微镜等表征手段对二氧化硅和杂化材料进行结构和性质分析,实验结果表明,在DNS-3L型二氧化硅添加量为1%时杂化材料的拉伸强度比纯UPR提高了18.5%,在DNS-3L添加量为1.5%时杂化材料的冲击强度比纯UPR提高了60.7%。为改善二氧化硅与不饱和聚酯树脂的结合方式,进一步研究了表面含有双键的二氧化硅对不饱和聚酯树脂力学性能的影响,并考察了不同双键修饰量的二氧化硅对杂化材料拉伸性能和冲击性能的影响。实验结果表明,当表面双键修饰量为25mmol/kg的DNS-D型二氧化硅添加量为1%时,杂化材料的拉伸强度比纯UPR提高了54.2%,在双键修饰量为12.5mmol/kg的DNS-D型二氧化硅添加量为1%时,杂化材料的冲击强度比纯UPR提高了95.7%。且高分散二氧化硅DNS-3L和可反应性二氧化硅DNS-D均能明显提高不饱和聚酯树脂的耐碱性。以上研究结果表明,表面改性的高分散二氧化硅可制得低粘度的不饱和聚酯树脂用消光剂和消泡剂产品,并且能明显提高树脂材料的力学性能,有望将此类产品应用于其他涂料,如环氧树脂和聚氨酯等涂料制品中。


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