紫外光固化有机/无机纳米杂化材料制备与性能研究

论文摘要

紫外光固化涂料作为一种环保节能型的涂料,它的特征就是采用辐射固化技术,相比与原来的传统涂料固化技术,辐射固化其具有高效、节能、适用于热敏基材、使用设备小巧、得到固化膜性能优异等诸多优点。辐射固化取代传统的热固化会随着人们环保意识的不断增强必定将成为一种必然的趋势。紫外光固化涂料（Ultraviolet Curing Coating）,简称UV涂料,是一种以紫外光作为固化能源,在常温下辐射引发涂料中不同组分直接发生化学反应,在很短时间内快速交联固化成膜的新型环保涂料。本文首先通过分子设计合成聚氨酯丙烯酸酯（PUA）,选用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷为无机相前驱体,通过溶胶-凝胶方法制备出纳米溶胶,讨论和研究了制备工艺的影响因素,如催化剂的影响、溶剂的影响、反应温度的影响以及反应体系PH等影响因素。确定了制备纳米溶胶的制备工艺。通过傅里叶转换红外光谱仪（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）和核磁共振（NMR）等测试方法对纳米溶胶微观结构进行了研究与讨论。通过透射电子显微镜观察纳米溶胶中的纳米粒子在70-80nm左右,且纳米粒子分散良好,没有出现大规模的团聚现象。以聚氨酯丙烯酸酯（PUA）为紫外光固化涂料的低聚物,将其与纳米溶胶复配制备可紫外光固化的有机/无机杂化材料。通过傅里叶转换红外光谱（FT-IR）测试、热失重（TGA）测试、示差扫描量热（DSC）测试、接触角测试以及拉伸测等测试方法对紫外光固化有机/无机杂化杂化涂膜的内部结构、热稳定性、表面性能与力学性能进行了分析研究。结果表明纳米溶胶的加入提高了涂膜的涂膜的铅笔硬度、附着力以及拉伸强度等力学性能,同时增强了涂膜的热稳定性、耐化学性能。综上所述,通过溶胶-凝胶方法成功制备了可紫外光固化的杂化材料,确定了其制备的工艺条件,确定了制备确定了紫外光固化有机/无机杂化涂料的最佳配方,所得到光固化涂膜具有良好的热稳定性、力学性能以及良好的耐化学性能。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 有机/无机杂化材料
• 1.1 有机/无机杂化材料的制备方法
• 1.1.1 插层复合法
• 1.1.2 无机粒子表面改性法
• 1.1.2.1 表面吸附改性法
• 1.1.2.2 离子交换改性法
• 1.1.2.3 形成共价键改性法
• 1.1.2.4 无机粒子表面的接枝聚合改性
• 1.1.3 溶胶-凝胶法
• 1.1.4 电化学合成法
• 1.1.5 组装法
• 1.2 有机/无机杂化材料的应用
• 1.2.1 结构材料
• 1.2.2 磁性材料
• 1.2.3 生物材料
• 1.2.4 电子材料
• 1.2.5 光学材料
• 2 紫外光固化涂料
• 2.1 紫外光（UV）固化技术
• 2.2 紫外光固化材料的组成
• 2.2.1 光引发剂
• 2.2.1.1 自由基型光引发剂
• 2.2.1.2 阳离子型光引发剂
• 2.2.1.3 大分子光引发剂
• 2.2.1.4 水基光引发剂
• 2.2.2 低聚物
• 2.2.3 活性稀释剂
• 2.3 紫外光固化设备
• 2.4 紫外光固化涂料的应用
• 2.4.1 UV木器涂料
• 2.4.2 UV纸张涂料
• 2.4.3 UV塑料涂料
• 2.4.4 UV金属涂料
• 2.4.5 UV保形涂料
• 2.4.6 UV皮革涂料
• 2.4.7 UV水性涂料
• 2.4.8 UV光固化粉末涂料
• 2.5 光固化涂层的物理机械性能评价
• 2.5.1 力学性能
• 2.5.2 化学稳定性
• 2.5.3 光泽
• 2.5.4 粘结力
• 3 本论文研究的目的与意义
• 第二章 纳米溶胶的制备及其表征
• 前言
• 2.1 实验原料及主要仪器
• 2.2 纳米溶胶的制备
• 2.3 实验测试与表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 纳米溶胶制备工艺的研究
• 2.4.2 纳米溶胶红外光谱分析
• 1H-NMR分析'>2.4.3 纳米溶胶¹H-NMR分析
• 28Si-NMR分析'>2.4.4 纳米溶胶²⁸Si-NMR分析
• 2.4.5 透射电镜（TEM）分析
• 2.4.6 纳米溶胶稳定性的研究
• 2.5 本章总结
• 第三章 紫外光杂化固化杂化材料的研究
• 前言
• 3.1 实验原料及主要仪器
• 3.2 聚氨酯丙烯酸酯的制备
• 3.3 UV固化纳米溶胶/PUA杂化材料的制备
• 3.4 实验测试与表征
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 聚氨酯丙烯酸酯红外光谱分析
• 3.5.2 杂化涂膜红外光谱分析
• 3.5.3 杂化涂膜热失重分析
• 3.5.4 杂化涂膜示差扫描量热分析
• 3.5.5 杂化涂膜表面性能分析
• 3.5.6 杂化涂膜拉伸性能分析
• 3.5.7 杂化涂膜铅笔硬度测试
• 3.5.8 杂化涂膜附着力测试
• 3.5.9 杂化涂膜的耐水、耐酸碱性分析
• 3.5.10 光固化时间对固化涂膜凝胶含量的影响
• 3.5.11 活性稀释剂对杂化涂膜力学性能的影响
• 3.5.12 光引发剂对杂化涂膜凝胶含量的影响
• 3.6 本章总结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件