紫外光固化環(huán)氧丙烯酸酯-SiO-,2-（TiO-,2-）納米復(fù)合涂層的研究.pdf

1、紫外光固化是一種環(huán)保技術(shù)，具有環(huán)境友好、效率高、經(jīng)濟(jì)和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，在日益苛刻的環(huán)保要求下，該項(xiàng)技術(shù)獲得了前所未有的發(fā)展，已被廣泛用于電子材料封裝、塑料制件表面保護(hù)、木地板上光、汽車小面積修補(bǔ)等行業(yè)中。另。一方面，通過納米無機(jī)相來提高有機(jī)涂層的耐刮傷性、耐磨性等性能已成為學(xué)術(shù)界共識(shí)。若將納米無機(jī)相引入至紫外光固化涂料中，則可完美結(jié)合納米復(fù)合與紫外光固化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，大大推動(dòng)紫外光涂料的發(fā)展與應(yīng)用。目前，文獻(xiàn)中雖然對(duì)紫外光固化納米復(fù)合涂層

2、也有一些研究報(bào)道，但仍然存在研究體系有限、制備方法少、不同納米復(fù)合體系的紫外光固化動(dòng)力學(xué)行為缺乏系統(tǒng)研究等問題。本研究以Si02和Ti02為納米無機(jī)相，設(shè)計(jì)制備了三種不同的紫外光固化納米復(fù)合涂層體系，系統(tǒng)研究了這些納米復(fù)合涂層的紫外光固化動(dòng)力學(xué)、表面性能、熱學(xué)性能和光學(xué)性能，以期為紫外光固化納米復(fù)合涂層的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下： 紫外光固化納米Si02顆粒涂層 按Stober方法制備了納米二氧化硅醇溶膠

3、粒子，在同一介質(zhì)中直接采用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)改性，再通過乙醇脫除獲得濃縮的改性二氧化硅粒子在游離MPS中的分散液，在濃縮液中加入光引發(fā)劑，涂膜光固化后得到了高無機(jī)相含量的納米Si02顆粒涂層?？疾炝思{米Si02粒徑對(duì)濃縮液粘度、光固化動(dòng)力學(xué)以及涂層表面特性、熱學(xué)和光學(xué)性能的影響規(guī)律。研究表明，該方法制備的涂層表面光滑且透明，隨著納米Si02粒徑的增加，納米復(fù)合涂層的光固化速度，最終雙鍵轉(zhuǎn)化率和表干時(shí)間增加，但表面粗

4、糙度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和紫外光吸收性能有所下降。 紫外光固化環(huán)氧丙烯酸酯／二氧化硅納米復(fù)合涂層 將按前述類似方法制備的改性Si02粒子(40nm)與環(huán)氧丙烯酸酯(EA)和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等組分超聲共混制備了紫外光固化環(huán)氧丙烯酸酯／Si02納米復(fù)合涂層?？疾炝思{米Si02含量對(duì)涂層形態(tài)、紫外光固化行為、熱穩(wěn)定性和光學(xué)性能的影響規(guī)律，用紅外光譜系統(tǒng)地研究了納米復(fù)合涂層的紫外光固化動(dòng)力學(xué)的影響因素，包括引發(fā)劑

5、類型、用量、光強(qiáng)、膜厚、固化氣氛、雜質(zhì)(MPS、乙醇和水)等，并與這些因素對(duì)純環(huán)氧丙烯酸酯的紫外光固化動(dòng)力學(xué)的影響規(guī)律進(jìn)行了比較。同時(shí)，采用四乙氧基硅烷(TEOS)在EA存在下水解，除乙醇，然后與TMPTA、引發(fā)劑等組分混合(即原位法)制備了紫外光固化環(huán)氧丙烯酸酯／Si02納米復(fù)合涂層，比較了該方法與上述方法(即共混法)制備的納米復(fù)合涂層的固化行為、微結(jié)構(gòu)和性能。 研究表明，采用Si02濃縮液超聲共混法制得的納米復(fù)合涂層中，納米

6、Si02含量即使高達(dá)22．5％時(shí)仍具有良好的分散性，突出的涂層透明性。隨著納米Si02含量的增加，涂層的紫外屏蔽性增加，熱穩(wěn)定性提高，但納米Si02對(duì)EA涂層的阻燃性幾乎沒有影響。 動(dòng)力學(xué)研究表明，納米Si02的引入不可思議地提高了EA體系的紫外光固化速度，但是由于納米二氧化硅膠體粒子上的多孔性，納米復(fù)合涂層與EA體系相比具有更強(qiáng)的氧敏感性，從而導(dǎo)致涂層的表干時(shí)間隨著納米Si02用量的增加而變長(zhǎng)。與EA體系相比，納米復(fù)合涂層具有

7、更高的固化速度和最終轉(zhuǎn)化率。MPS和乙醇的存在提高了納米復(fù)合涂層的紫外光固化速度，然而水的存在卻減慢涂層的光固化速度。 與共混法相比，原位法得到的納米復(fù)合涂層中TEOS只是部分水解，生成的是一種與有機(jī)相纏結(jié)的無機(jī)相結(jié)構(gòu)。原位法制備的納米復(fù)合涂層比共混法制備的納米復(fù)合涂層具有更高的UV固化速度，但是，共混法制備的納米復(fù)合材料由于良好的納米二氧化硅的分散而具有高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和強(qiáng)的紫外吸收性能。 紫外光固化環(huán)氧丙烯酸酯／T

8、i02納米復(fù)合涂層 以TMPTA和醋酸丁酯為分散介質(zhì)，通過納米Ti02粉體的球磨分別制備了TST和TSB兩種分散良好的納米Ti02漿料。將上述漿料與EA、TMPTA、1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)等組分混合制備了兩個(gè)系列的紫外光固化環(huán)氧丙烯酸酯／ti02納米復(fù)合涂層?？疾炝思{米Ti02的引入和醋酸丁酯的存在對(duì)納米復(fù)合涂層紫外光固化行為和性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，引入納米Ti02可以提高涂層的熱穩(wěn)定性和紫外屏蔽性能。與采用T

9、ST漿料制備的納米復(fù)合涂層相比，利用TSB漿料制備的納米復(fù)合涂層具有較高的最終雙鍵轉(zhuǎn)化率、良好的透明性，但是表面粗糙度稍大、紫外屏蔽性能、熱學(xué)性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度均較低。動(dòng)力學(xué)研究表明，由于納米ti02強(qiáng)的UV吸收性能，它的引入會(huì)嚴(yán)重地降低引發(fā)劑的引發(fā)效率，進(jìn)而降低紫外光固化體系的固化速率，且隨著Ti02含量的增加，這種降低作用越明顯，但是醋酸丁酯的存在有助于減弱納米Ti02對(duì)紫外光固化速度的降低作用。此外，低效引發(fā)劑的使用、固化氣氛中