高耐磨性纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合涂层的制备及改性研究

论文摘要

由丙烯酸酯类单体通过共聚反应合成的丙烯酸酯涂料具有良好的保光性、保色性、快干性、耐热性、耐腐蚀性,在电子产品的外涂饰包装市场占有很大的市场份额,此外在轻工、仪器仪表、建筑、塑料、造纸等行业均有广泛的应用。但是,丙烯酸酯涂料在实际应用中,由于自身结构的限制,仍存在一些不足之处,如硬度、耐磨性等方面不尽如人意。纳米SiO2粒子具有硬度高、耐摩擦、耐腐蚀、耐酸性等许多优异的性能。将纳米SiO2与丙烯酸酯树脂制成纳米复合涂料,可提高涂层性能,扩大应用范围。纳米粒子的粒径小,比表面积大,表面能和表面活性高,很容易聚集,从而影响了由其所制得的材料的质量和性能。本文首先研究了硅烷偶联剂对纳米SiO2亲油性的改性效果,结果表明经改性的纳米粒子均有较好的分散性和稳定性,在偶联剂含量为KH550为9%,KH560为11%,KH570为11%时,改性效果最佳。以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯单体为原料,采用机械共混法和原位生成法制备纳米SiO2/丙烯酸酯复合材料,研究了复合材料在不同偶联剂改性复合体系、纳米粒子含量、工艺条件下的摩擦磨损性能,探讨了纳米粒子对复合材料摩擦磨损性能的影响。研究表明:（1）未改性的纳米粒子对材料的摩擦磨损性能有“副作用”,改性后纳米粒子的加入明显改善了丙烯酸酯树脂的磨损摩擦性能,有效的降低了材料的磨损率,改善了基体材料的严重粘着现象。（2）复合材料的摩擦磨损性能随纳米粒子含量的增加先增强后减弱,在含量为3wt%时,达到最佳。（3）在复合材料的制备方法中发现,原位生成法要比机械共混的效果要好。最后探讨了复合体系的摩擦磨损机理,提出在添加纳米粒子后,材料的摩擦机理由以粘着磨损为主转变为以磨粒磨损为主。对纳米SiO2（经偶联剂KH570改性）/聚丙烯酸酯复合体系,进一步制成涂层,详细研究了纳米粒子的加入量和加入方式对涂层硬度、附着力、耐醇性、热稳定性能以及耐磨性的影响。结果表明,在加入纳米粒子后,纳米复合涂料的附着力没有受到影响,在硬度,耐醇性、热稳定性及耐磨性上均有提高,且相对于共混法,原位法制备的性能较好。另外通过分子设计,制备了含有环氧官能团的丙烯酸酯树脂组分,以偶联剂KH550为固化剂,利用环氧基团与氨基常温下发生反应的原理,制得了双组分丙烯酸酯涂料。研究了此种双组分涂料性能上随环氧基团含量增加的影响。结果表明:双组分涂料漆膜表干和实干比较慢,附着力也随着环氧基团含量的上升而降低。但漆膜的硬度、耐磨性和耐醇性则较好,并随着交联程度的提高而逐渐增强。得出单体丙烯酸缩水甘油酯（含环氧官能团单体）的含量在15%时,涂膜的各方面性能均可达到实际使用要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 文献综述
• 1.1 丙烯酸酯涂料
• 1.2 丙烯酸酯涂料改性研究
• 1.2.1 环氧树脂改性丙烯酸酯涂料
• 1.2.2 有机硅改性丙烯酸酯涂料
• 1.2.3 聚氨酯改性丙烯酸酯涂料
• 1.2.4 有机氟改性丙烯酸酯涂料
• 1.2.5 纳米技术改性丙烯酸酯涂料
• 1.3 纳米材料概述
• 1.3.1 体积效应
• 1.3.2 表面效应
• 1.3.3 量子尺寸效应
• 1.3.4 宏观量子隧道效应
• 1.4 纳米复合材料
• 1.5 聚合物基纳米复合材料
• 1.5.1 无机纳米粒子在聚合物改性中的作用
• 1.5.2 聚合物/纳米粒子复合材料制备方法
• 1.6 纳米改性涂料
• 1.6.1 纳米改性涂料的研究意义
• 1.6.2 国外纳米改性涂料的研究进展
• 1.6.3 国内纳米改性涂料的研究进展
• 1.7 纳米耐磨涂料
• 1.7.1 国内的研究进展
• 1.7.2 国外的研究进展
• 1.8 论文研究的目的及主要内容
• 参考文献
• 2表面改性研究'>第二章 纳米SiO₂表面改性研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 纳米粒子的分散方法
• 2.1.2 纳米二氧化硅
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 改性反应
• 2.2.3 红外谱图表征
• 2.2.4 XRD测试
• 2.2.5 TG测试
• 2.2.6 粘度测试
• 2.2.7 沉降时间测试
• 2.3 改性机理
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 红外谱图表征
• 2.4.2 XRD测试
• 2.4.3 TG测试
• 2.4.4 粘度测试
• 2.4.5 沉降时间测试
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 2对聚丙烯酸酯摩擦磨损性能的影响'>第三章 纳米SiO₂对聚丙烯酸酯摩擦磨损性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 聚丙烯酸酯树脂的制备
• 3.2.3 纳米复合材料的制备
• 3.2.4 摩擦磨损性能测试
• 3.2.5 扫描电镜（SEM）分析
• 3.3 高聚物的磨损类别及其机理
• 3.4 影响磨损的主要因素
• 3.5 纳米粒子对聚合物摩擦磨损性能的影响
• 3.5.1 填料与聚合物的结合
• 3.5.2 填料的作用
• 3.5.3 填料在摩擦过程中的转移特性
• 3.6 纳米二氧化硅对丙烯酸酯材料摩擦磨损性能的影响
• 3.6.1 偶联剂对纳米复合材料摩擦磨损性能的影响
• 3.6.2 纳米粒子用量对纳米复合材料摩擦磨损性能的影响
• 3.6.3 工艺对纳米复合材料摩擦磨损性能的影响
• 3.6.4 纳米复合树脂磨损机理初探
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第四章 聚丙烯酸酯/二氧化硅纳米复合涂层的性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 复合涂层的制备
• 4.3 纳米复合涂层性能表征
• 4.3.1 附着力测试
• 4.3.2 硬度测试
• 4.3.3 RCA测试
• 4.3.4 热稳定性能测试
• 4.3.5 耐醇性测试
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 纳米二氧化硅含量对涂层附着力的影响
• 4.4.2 纳米二氧化硅含量对涂层硬度的影响
• 4.4.3 纳米二氧化硅含量对涂层RCA的影响
• 4.4.4 纳米二氧化硅含量对涂层热稳定性的影响
• 4.4.5 纳米二氧化硅含量对涂层耐醇性的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 双组分丙烯酸酯涂料的制备和初步探讨
• 5.1 引言
• 5.2 产品剖析
• 5.3 机理推断
• 5.4 实验
• 5.4.1 原料
• 5.4.2 丙烯酸酯树脂（B4）的制备
• 5.4.3 结构表征和分析
• 5.4.4 纳米复合涂层的性能测试
• 5.5 结果和讨论
• 5.5.1 红外谱图表征
• 5.5.2 涂层外观,干燥时间
• 5.5.3 附着力的测试
• 5.5.4 硬度测试
• 5.5.5 RCA测试
• 5.5.6 耐醇性测试
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 硕士期间发表论文
• 致谢