丙烯酸酯聚氨酯/纳米二氧化硅复合涂层的研究

论文题目: 丙烯酸酯聚氨酯/纳米二氧化硅复合涂层的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 陈国栋

导师: 武利民

关键词: 丙烯酸酯聚氨酯涂层,四乙氧基硅烷或正硅酸乙酯,硅烷偶联剂,溶胶凝胶法,硅溶胶粒子,耐刮伤性,有机无机相互作用

文献来源: 复旦大学

发表年度: 2005

论文摘要: 丙烯酸酯聚氨酯涂层广泛用于高档轿车的罩光清漆层,近年来市场对其耐刮伤性、耐候性等性能要求不断提高。本课题的研究就是为满足上述要求而提出来的,期望通过以丙烯酸单体、四乙氧基硅烷(TEOS)和硅烷偶联剂(SCA)前驱体,采用溶胶—凝胶法制备出高耐刮伤性的丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅纳米复合(或杂化)涂层。本课题研究得到了国家“863”纳米专项及上海市纳米专项的支持。 本文首先根据St(?)ber方法制备了各种粒径的二氧化硅溶胶粒子,经过甲基三乙氧基硅烷(MTES)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)和辛基三乙氧基硅烷(OTES)改性后,分别采用常压蒸馏、离心/重分散和减压蒸馏工艺除去二氧化硅溶胶中的乙醇,通过原位聚合和共混方式引入高固体分羟基丙烯酸树脂及聚氨酯汽车清漆中。系统考察了二氧化硅溶胶粒子粒径、表面特性及用量、引入方法(原位聚合法或共混法)、除乙醇工艺等因素对二氧化硅溶胶粒子在丙烯酸酯聚氨酯中的分散性、有机相—无机相的相互作用、纳米复合涂层的性能等方面的影响规律,成功制备了透明性好、耐刮伤性优异的丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅复合涂层。另外,还探索性地研究了酸催化溶胶—凝胶法工艺在制备丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅杂化材料中的应用。 对二氧化硅溶胶粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中的分散性研究表明:常压蒸馏工艺中,硅烷偶联剂改性二氧化硅粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中分散均匀,而未改性二氧化硅粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中聚集。不过当二氧化硅粒径太小(15nm)时,无论粒子表面是否经过改性,粒子都将出现聚集。离心/重分散工艺中,长链硅烷偶联剂(OTES、MAPTMS)容易在二氧化硅粒子表面形成较厚的有机保护层,有助于二氧化硅粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中均匀分散。但短链硅烷偶联剂(VTES、MTES)改性二氧化硅粒子在原位聚合过程中严重聚集。减压蒸馏工艺中,纳米二氧化硅粒子用长链硅烷偶联剂(MAPTMS)改性后,都能够均匀分散在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中。 对羟基丙烯酸树脂与二氧化硅粒子的相互作用研究表明:硅烷偶联剂改性粒子表面的C=C官能团能与丙烯酸单体之间发生自由基聚合,形成化学键合作用,粒子表面化学吸附的树脂分子最多,而且长链硅烷偶联剂(MAPTMS)比短链(VTES)更有利于丙烯酸树脂分子在二氧化硅粒子表面上的化学吸附。在较低的二氧化硅添加量(6wt%)下,粒子表面吸附的丙烯酸树脂分子越多,杂化树脂的粘度就越低。MAPTMS改性二氧化硅粒子通过减压蒸馏和原位聚合工艺引入羟基丙烯酸树脂时,随着二氧化硅粒径的增大,粒子表面接枝的硅烷偶联剂减少,因此丙烯酸

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 二氧化硅溶胶的发展概况

1.2 聚合物／二氧化硅纳米复合材料

1.2.1 聚合物基纳米复合材料的制备方法

1.2.2 聚合物／二氧化硅纳米复合材料的制备、形态与性能

1.2.3 聚合物／二氧化硅复合材料中的相互作用

1.3 本论文的研究背景

1.4 本论文的研究思路和内容

1.4.1 前人工作的启发

1.4.2 本论文的主要内容

第二章 实验部分

2.1 原材料

2.1.1 二氧化硅制备与改性用原材料

2.1.2 羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层制备用原材料

2.2 制备

2.2.1 原位聚合和共混法制备丙烯酸酯聚氨酯／SiO_2纳米复合涂层

2.2.2 酸催化溶胶-凝胶法制备丙烯酸酯聚氨酯／SiO_2纳米杂化涂层

2.3 表征及性能测试

2.3.1 二氧化硅粒子的表面特性

2.3.2 二氧化硅结构分析

2.3.3 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅复合涂层形态分析

2.3.4 丙烯酸树脂／二氧化硅杂化体系及其聚氨酯复合涂层性能测试

第三章 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅纳米复合涂层的制备及形态研究

3.1 前言

3.2 二氧化硅溶胶粒子的制备

3.3 常压蒸馏工艺制备方法及纳米复合涂层形态

3.3.1 制备方法

3.3.2 粒径及表面特性对SiO_2溶胶粒子分散性的影响

3.4 离心／重分散工艺制备方法及纳米复合涂层形态

3.4.1 不同硅烷偶联剂的表面改性

3.4.2 二氧化硅粒子原位聚合引入时的分散性

3.4.3 二氧化硅醋酸丁酯分散体引入时的分散性

3.5 减压蒸馏工艺制备方法及涂层形态

3.5.1 不同粒径表面改性二氧化硅纳米粒子的制备及影响

3.5.2 不同二氧化硅粒子添加量的影响

3.6 本章小节

第四章 丙烯酸树脂／二氧化硅杂化体系的界面相互作用及粘度研究

4.1 前言

4.2 洗涤次数的确定

4.3 不同表面特性的影响

4.3.1 二氧化硅粒子与丙烯酸树脂分子之间的可能相互作用力分析

4.3.2 丙烯酸树脂分子在二氧化硅粒子表面的吸附

4.3.3 界面相互作用对粘度的影响

4.4 不同制备方法的影响

4.5 不同粒径和用量的影响

4.6 本章小节

第五章 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅复合材料的性能研究

5.1 前言

5.2 动态力学性能

5.2.1 表面特性的影响

5.2.2 聚合方法的影响

5.2.3 粒径的影响

5.2.4 用量的影响

5.3 静态力学性能

5.3.1 表面特性

5.3.2 聚合方法

5.3.3 粒径

5.3.4 用量

5.4 硬度

5.5 耐磨性

5.6 光学性能和光泽度

5.7 耐刮伤性

5.8 本章小节

第六章 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅杂化材料的酸催化溶胶-凝胶法制备、结构及性能

6.1 前言

6.2 二氧化硅溶胶体系中低聚物的结构形态

6.3 二氧化硅结构的变化

6.4 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅杂化材料的形貌

6.5 丙烯酸树脂／二氧化硅杂化体系的粘度

6.6 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅杂化材料的动态力学性能

6.7 丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅杂化材料的静态力学性能

6.8 光泽度和耐刮伤性

6.9 本章小节

第七章 结论

参考文献

简历及论文发表

致谢

论文独创性声明

发布时间: 2005-09-19

参考文献

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• [6].碳纤维表面化学修饰及其与SiBCN陶瓷基体的界面结合特性[D]. 赵广东.哈尔滨工业大学2017
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