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UV固化环氧大豆油丙烯酸酯的合成及改性研究

颜萍  
【摘要】:大豆油作为一种来源最广、产量最大的可再生植物油,具有典型的大豆油三甘油酯结构,在合适的反应条件下,其甘油三酯上的双键、酯键可以进行反应,制备不同的大豆油衍生物,因此除了做食用油外,在工业应用上也早有研究。光固化涂料具有无有机挥发性溶剂排放、无毒害、低能耗、固化速度快、设备占地少、可自动连续化生产等优点,在涂料领域发展很快。环氧大豆油是大豆油的衍生物之一,具有成熟的工业产品,以环氧大豆油为原材料,制备光固化环氧大豆油丙烯酸酯和改性的环氧大豆油丙烯酸酯,无疑是结合了两种环保材料的优点,成为一种“绿色+绿色”的产品。本文正是以环氧大豆油为原材料,制备了几种大豆油基丙烯酸酯光固化涂料低聚物。 本课题先采用本体聚合,在催化剂和阻聚剂的作用下,制备了环氧大豆油丙烯酸酯,通过调节环氧大豆油和丙烯酸的不同官能团摩尔比,合成不同的环氧大豆油丙烯酸酯低聚物,探讨了丙烯酸含量对合成环氧大豆丙烯酸酯反应过程和固化膜性能的影响。利用热重分析(TGA)对环氧大豆油丙烯酸酯的热性能进行了测试,结果显示丙烯酸含量的提高会导致固化膜热分解温度降低。通过拉力测试研究了不同配比固化膜的拉伸性能的变化,发现丙烯酸含量的变化,对固化膜拉伸性能影响显著。通过铅笔硬度、涂膜附着力及冲击强度测试研究了固化膜的其它力学性能,结果表明,随着丙烯酸含量的增加,固化膜相应的力学性能都明显变化。 为了提高纯环氧大豆油丙烯酸酯的力学性能及附着力,利用环氧树脂的高模量、高强度、优良的粘接性能和良好的耐化学性等性能优点,通过添加一定量的环氧树脂共混,制备了环氧树脂改性的环氧大豆油丙烯酸酯光固化涂料低聚物。首先将环氧大豆油和环氧树脂混合,利用丙烯酸对环氧基接枝制备了环氧树脂丙烯酸酯/环氧大豆油丙烯酸酯(EA/AESO)低聚物,进一步在光引发剂Doracur1173的引发下共聚得到复合的UV固化膜。通过拉力测试,铅笔硬度、涂膜附着力、耐冲击性等测试分析,发现改性后的环氧大豆油丙烯酸酯的固化膜的机械性能、附着力及其它性能均有显著提高。通过比较分析,当环氧树脂E-44的添加量为环氧大豆油质量的6%左右时,UV固化膜整体性能最佳。 有机/无机纳米复合材料在环氧大豆油丙烯酸酯UV固化低聚物的改性研究中较少,本文选用具有多孔链形层状纳米-亚微米结构的凹凸棒土为无机纳米粒子,用硅烷偶联剂KH-570先对其进行表面改性,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)对表面改性的凹凸棒土进行了结构表征,通过热分解测试推算了凹凸棒土的表面接枝率,经过计算,凹凸棒土表面硅烷偶联剂KH-570的接枝率约为9.05%。改性后的凹凸棒土与环氧大豆油丙烯酸酯通过原位复合,制备了凹凸棒土/环氧大豆油丙烯酸酉(ATP/AESO)复合材料。采用接触角测试、拉力拉伸、热重分析等方法对复合材料的表面及性能进行了测试、表征。通过比较分析,当改性的凹凸棒土添加量为1.5%质量分数时,UV固化膜整体达到最佳性能。气相二氧化硅是一种超细微无机纳米新材料,它对环氧大豆油丙烯酸酯性能的影响在本课题中也做了简单的研究。


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