丙烯酸树脂/有机硅杂化纳米功能涂料研究

论文摘要

本文通过异氰酸酯基甲基三乙氧基硅烷中的异氰酸酯基（-NCO）与含羟基的商品丙烯酸树脂的羟基（-OH）反应,使之形成-NHCOO-基团,制备了有机硅改性丙烯酸树脂。改性丙烯酸树脂引入了三乙氧基硅基组分,可与含硅、钛的偶联剂进一步反应制备有机-无机杂化涂料。考察了反应时间,反应温度对接枝反应程度的影响。应用差示热分析（DSC）、热重分析（TG）和红外光谱分析（IR）对有机硅改性丙烯酸树脂的化学结构和热性能如玻璃化转变温度、热失重温度进行了表征。用有机硅改性树脂和正硅酸乙酯、正钛酸丁酯,通过溶胶-凝胶法制备了三种系列的新型室温固化型有机-无机杂化涂料。通过红外光谱分析（IR）,热重分析（TG）,对杂化涂料进行了表征。考察了三种涂料体系不同投料比对于杂化涂料各种性能的影响,并对配方进行了优化。实验结果表明,杂化涂料中生成了新的Si-O-Ti的交联结构,提高了涂膜的耐酸、碱性,硬度,耐磨性及耐候性。适量正钛酸丁酯的加入能够明显缩短杂化涂料的固化时间并能实现室温固化。但用量过量,将会损害涂膜的某些性能如附着力、冲击和弯曲性能。使用异氰酸酯基甲基三乙氧基硅烷对纳米Al2O3、纳米ZnO进行了表面接枝改性,制备了改性纳米粒子。通过动态激光散射（DLS）,红外光谱（IR）,透射电镜（TEM）和热重分析（TG）等表征方法对改性纳米粒子进行了表征,证明纳米粒子的表面接枝了有机硅氧烷。制备了不同纳米粒子含量的纳米掺杂有机-无机杂化涂膜,考察纳米粒子含量对涂膜各种性能的影响。制备的纳米掺杂杂化涂料具有一定的隔热和屏蔽紫外线的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 有机-无机杂化材料的分类与制备方法
• 1.1.1 杂化材料的分类
• 1.1.2 杂化材料的制备方法
• 1.1.2.1 溶胶凝胶法
• 1.1.2.2 共混法
• 1.1.2.3 插层聚合法
• 1.2 杂化功能涂料的研究进展
• 1.2.1 功能涂料的分类
• 1.2.2 杂化功能涂料研究进展
• 1.2.2.1 隔热涂料
• 1.2.2.2 防腐涂料
• 1.2.2.3 耐磨涂料
• 1.2.2.4 耐高温涂料
• 1.2.2.5 发光涂料
• 1.2.5.6 自洁防污涂料
• 1.3 有机硅改性丙烯酸树脂
• 1.3.1 有机硅树脂特性
• 1.3.2 有机硅改性丙烯酸树脂
• 1.3.3 有机硅改性丙烯酸树脂及涂料研究进展
• 1.4 课题的提出
• 1.4.1 课题的研究思路
• 1.4.2 本课题的意义
• 1.4.3 本课题的创新之处
• 参考文献
• 第二章 有机硅改性羟基丙烯酸树脂的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 实验原料
• 2.2.3 实验仪器
• 2.2.4 有机硅改性羟基丙烯酸树脂的制备
• 2.2.4.1 羟基丙烯酸树脂酸值和羟值的测定
• 2.2.4.2 有机硅改性树脂的合成
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 异氰酸酯基反应程度的测定
• 2.3.2 红外光谱表征
• 2.3.3 差热分析
• 2.3.4 热重分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 羟基丙烯酸树脂的酸值与羟值
• 2.4.2 反应条件对反应程度的影响
• 2.4.3 关于溶剂与催化剂
• 2.4.4 红外光谱分析
• 2.4.5 差热分析
• 2.4.5.1 DSC分析
• 2.4.5.2 热重分析
• 2.5 结论
• 参考文献
• 第三章 有机-无机杂化涂料的制备与性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 反应原理
• 3.2.2 实验原料
• 3.2.3 实验仪器
• 3.2.4 杂化涂料的制备
• 3.2.4.1 单组分体系
• 3.2.4.2 双组分体系
• 3.2.5 表征方法
• 3.2.5.1 固含量的测定
• 3.2.5.2 红外光谱
• 3.2.5.3 热重分析
• 3.2.6 涂膜基本性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 反应条件的确定
• 3.3.2 正硅酸乙酯,正钛酸丁酯含量对涂料固化性能的影响
• 3.3.3 红外分析
• 3.3.4 热重分析
• 3.3.5 涂膜的基本性能
• 3.3.5.1 漆膜的固含量
• 3.3.5.2 漆膜的附着力
• 3.3.5.3 漆膜的硬度
• 3.3.5.4 漆膜的冲击性能
• 3.3.5.5 漆膜的弯曲性能
• 3.3.5.6 漆膜的耐磨性能
• 3.3.5.7 漆膜的耐溶剂性能
• 3.3.5.8 漆膜的耐候性能
• 3.4 涂料配方的优化设计
• 3.5 结论
• 参考文献
• 第四章 纳米改性功能涂料的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 反应原理
• 4.2.2 实验原料
• 4.2.3 实验仪器
• 4.2.4 改性纳米粒子的制备
• 4.2.5 纳米粒子改性功能涂料的制备
• 4.2.6 表征方法
• 4.2.6.1 动态激光散射
• 4.2.6.2 透射电镜
• 4.2.6.3 沉降实验
• 4.2.6.4 红外光谱
• 4.2.6.5 热重分析
• 4.2.6.6 紫外-可见光谱测试
• 4.2.7 涂膜基本性能测试
• 4.2.8 涂膜隔热性能的测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 纳米粒子粒径
• 4.3.2 红外光谱分析
• 4.3.3 热重分析
• 4.3.4 电镜分析
• 4.3.5 沉降实验分析
• 4.3.6 涂膜透光率的分析
• 4.3.7 涂膜的基本性能
• 4.3.7.1 纳米粒子对涂膜物理性能的影响
• 4.3.7.2 纳米粒子对涂膜耐化学溶剂性能的影响
• 4.3.7.3 纳米粒子对涂膜耐候性能的影响
• 4.3.8 涂膜隔热性能的分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢