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一种高耐磨紫外光固化涂料的研制,选用纳米SiO2作为填料, 经偶联剂表面修饰后, 采用超声波分散方式与聚氨酯丙烯酸酯复合, 制备高耐磨紫外光固化涂料,中国建材网,cnprofit.com
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一种高耐磨紫外光固化涂料的研制,选用纳米SiO2作为填料, 经偶联剂表面修饰后, 采用超声波分散方式与聚氨酯丙烯酸酯复合, 制备高耐磨紫外光固化涂料
2019年08月01日    阅读量:491    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿


纳米材料具有特异性能, 添加到涂料中可以大大改善涂料的耐磨性、紫外屏蔽性和表面活性等。本实验用纳米SiO2 为填料, 经表面修饰后用超声波分散的方式使其分散在聚氨酯丙烯酸酯中, 制得高耐磨紫外光固化涂料。

 

1 实验部分

1. 1 主要原材料

纳米SiO2 、聚氨酯丙烯酸酯、活性稀释单体HDDA、光引发剂1173、硅烷偶联剂KH-570、其它涂料助剂中国建材网cnprofit.com。

1. 2 仪器

紫外光源( 80W/ cm) 、涂布器, 天津仪器厂; JM-3 型磨耗仪, 上海现代环境技术有限公司; 天平( 感量0. 001g) , KQ-5013 超声波清洗机, 昆山超声仪器有限公司。

1. 3 涂料制备

将纳米SiO2 、硅烷偶联剂、活性稀释和聚氨酯丙烯酸酯按配比用超声波分散后, 然后加入光引发剂,搅拌均匀, 熟化1h, 制备漆膜。

1. 4 性能测试

涂层的耐磨性能用JM-3 型涂层磨耗仪测定, 其测量原理见图1, 将10 x 10cm 的样板固定在磨耗仪可转动底座上, 按要求把橡胶砂轮压下与涂层表面水平接触。当载荷量为1 @ 104N 时, 样板按规定转速转动, 计数器记录到100 转时停止。用分析天平称取磨损前后样板的重量, 其差值即为磨耗量。耐磨性用下式计算:

耐磨性= ( M1- M2 ) / D

M1、M2 分别是样板磨损前后的重量( g) , D 为涂层厚度, 本实验中涂层厚度为30Lm。

耐磨实验示意图

一种高耐磨紫外光固化涂料的研制,选用纳米SiO2作为填料, 经偶联剂表面修饰后, 采用超声波分散方式与聚氨酯丙烯酸酯复合, 制备高耐磨紫外光固化涂料 中国建材网,cnprofit.com

涂料其他性能参照有关国家标准进行检测( 见表1) 。

耐磨UV 涂料的主要性能测试结果

一种高耐磨紫外光固化涂料的研制,选用纳米SiO2作为填料, 经偶联剂表面修饰后, 采用超声波分散方式与聚氨酯丙烯酸酯复合, 制备高耐磨紫外光固化涂料 中国建材网,cnprofit.com

2 结果讨论

2. 1 纳米SiO2 的用量

添加纳米SiO2 的涂料, 其耐磨性都好于不加者, 且随着纳米SiO2 的加入, 漆膜的耐磨性显著提高, 但当加入量超过一定范围( 该体系为10%) , 进一步加入可看出磨耗量变缓慢( 图2) 。

纳米SiO2 含量对涂层磨耗值的影响

一种高耐磨紫外光固化涂料的研制,选用纳米SiO2作为填料, 经偶联剂表面修饰后, 采用超声波分散方式与聚氨酯丙烯酸酯复合, 制备高耐磨紫外光固化涂料 中国建材网,cnprofit.com

分析其原因如下: 一是纳米粒子尺寸小, 均匀分散在树脂中, 使涂层表面较为光滑, 在涂膜摩擦过程中, 纳米粒子在涂膜表面产生富集, 充当了自润滑的作用, 降低了涂膜的摩擦系数; 二是涂膜表面的树脂被磨损后, 在表面富集的纳米SiO2 颗粒足以形成完整的润滑膜, 使树脂被磨损的几率减小, 从而耐磨性提高。本实验确定SiO2 用量是总量的10%。

2. 2 纳米SiO2 的分散

为了得到好的分散效果, 实验中采用了两条途径: 一是加入硅烷偶联剂KH-570。用偶联剂对纳米粒子进行表面修饰, 可以显著改善无机粒子的反应分散性和涂料对基材的附着力, 提高涂层的耐磨性及其它力学性能; 二是利用超声波进行分散, 超声波的能量能够击碎团聚的纳米颗粒, 同时让硅烷偶联剂和纳米颗粒进行作用, 为纳米粉体在树脂中均匀分散并同树脂结合打下良好的基础。超声波分散时间是5 个周期( 超声2 min, 停止2 min) , 避免过热, 因为随着温度的升高, 颗粒的碰撞几率增加, 可能会进一步加剧团聚。从图3 可看出, 纳米SiO2 在树脂中分散呈链状, 说明纳米粒子经偶联剂表面修饰后与树脂结合良好; 从图4 可见纳米SiO2 分散均匀, 且粒子全在纳米级。

纳米分散

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2. 3 活性稀释单体的选择

活性单体的功能是反应稀释剂、交联剂和性能增强剂。单官能度单体只有一个活性基团, 在固化过程中不能产生交联点, 交联密度低, 导致耐磨性降低。增加单体的官能度会加速固化的过程, 但同时会对最终转化率带来不利的影响, 导致聚合物涂层中含有大量的单体残留。单体官能度增加, 涂层的交联度增加, 有利于耐磨性提高, 但收缩率逐渐增大, 对底材的附着力下降, 导致涂层片状脱落, 磨耗值增大。同时, 官能度增加, 黏度大, 不能很好的稀释树脂, 但有时会因为涂料黏度过大, 铺展不好, 固化时涂层容易开裂, 所以选择时应综合考虑。根据选用的树脂黏度、分子量以及单体的成本因素, 实验中选用二官能度的1, 6-己二醇二丙烯酸酯( HDDA), 用量为总量的15%。

2. 4 光引发剂对耐磨性的影响

漆膜耐磨性与光引发剂的浓度并不是呈线形关系( 如图5) , 当其浓度增加到4% ~ 5% 时磨耗达到最小值, 然后随引发剂浓度增大呈上升趋势。这主要是因为引发剂浓度过低时, 它所产生的少量自由基主要由涂层表面的O2 消耗, 不能充分引发自由基聚合, 使交联密度降低, 耐磨性下降; 引发剂浓度过高, 紫外光分解光引发剂的能力基本饱和, 体系内残留自由基数目基本确定, 多余的光引发剂以分子的形式存在, 在紫外光的照射下, 过量的引发剂分解产生大量的自由基而引起涂层一定程度的粉化, 从而造成耐磨性下降。

引发剂含量对耐磨性的影响

一种高耐磨紫外光固化涂料的研制,选用纳米SiO2作为填料, 经偶联剂表面修饰后, 采用超声波分散方式与聚氨酯丙烯酸酯复合, 制备高耐磨紫外光固化涂料 中国建材网,cnprofit.com

3 结论

( 1) 加入纳米SiO2 能提高树脂涂层的耐磨性,且纳米SiO2 含量在10% 时涂层的耐磨性能及综合性能最好。

( 2) 引发剂本身能够吸收紫外光, 浓度过高, 固化不完全, 过低不能引发反应。

( 3) 较优配方是: 树脂65%, 单体15% , 光引发剂5%, 偶联剂3%, SiO2 填料10% , 其它2%。


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