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陈士昆,储昭荣 (淮南师范学院化学系,232001)     摘要:采用正交实验设计,以N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸丁酯为活性单体,环氧丙烯酸酯树脂为预聚物,纳米氮化硅粉体为无机填料制备出性能较好的紫外光固化纳米复合树脂。该纳米复合树脂与基体树脂相比较,体积收缩率降低38%,拉伸强度提高31%。透射电镜测试表明:在纳米复合材料中,纳米Si3N4粉体均匀分散在基体中;红外光谱表征表明,纳米Si3N4和基体树脂之间存在相互作用力。     关键词:纳米氮化硅粉体;纳米复合树脂;体积收缩率;拉伸强度     0引言     紫外光固化树脂具有快固化、低能耗、少污染、高效率以及固化物性能优良等特点,在一些新的领域,如电子元件的封装,电缆光导纤维的保护,粘接,皮革等得到应用[1-4]。光固化树脂预聚物和活性单体一般都属于烯烃类,固化后会出现体积收缩。传统降低体积收缩的方法是加入普通填料,但是普通填料虽然在一定程度上能减小树脂固化的体积收缩,但是往往会影响固化物的力学性能,造成力学性能下降或者使液态树脂的密度过大,难于操作[5-7]。本文采用正交试验,在树脂中添加纳米氮化硅粉体来降低树脂固化引起的体积收缩,同时提高固化物力学性能。     1实验部分     1.1原料     光引发剂(Irgacure819):美国Ciba公司;氮化硅(RUNTECU-RE1101):常州华钛化学有限公司;丙烯酸丁酯(BA):广东西陇化工厂;N-乙烯基吡咯烷酮(NVP):上海昊化公司;环氧丙烯酸酯树脂(612型):上海树脂厂;纳米氮化硅粉体:合肥开尔公司。     1.2主要仪器     KQ218超声波分散机,昆山市超声仪器有限公司;透射电镜,日本JOEL电子公司;100LX型高速剪切混合分散机,上海依凯机械制造有限公司;VEC2TOR33傅里叶变换红外光谱仪,德国Bruker公司;WD-5型万能电子试验机,长春第二试验机厂;NDJ-79型旋转式黏度计,同济大学机电厂;UV125A型紫外光固化仪,北京埃士博印刷技术发展中心。  1.3实验设计     为了考察纳米复合树脂的单体总量、BA和NVP的质量比、氮化硅含量以及光引发剂(PI)的含量对树脂固化体积收缩率和固化物拉伸强度的影响,设计了四因素三水平的L9(34)正交试验(见表1、2)。 表1 因素和水平的设计 表2 L9(34)实验设计     1.4紫外光固化纳米复合树脂的制备[8]     按正交试验设计,加入一定质量分数的活性单体和纳米Si3N4粉体,在高速剪切混合分散机上分散一定时间,再加入一定质量分数的环氧丙烯酸酯预聚物和光引发剂,然后在高速剪切乳化分散机和超声分散机中循环分散,直至形成稳定的分散体系,制备出紫外光固化纳米复合树脂。 2结果分析与讨论     2.1极差分析     实验数据和极差分析数据分别见表3和表4。 表3 实验数据 表4 极差分析数据     由极差分析可知:对体积收缩率影响最大的因素是单体的总含量,而对力学性能影响最大的因素是纳米Si3N4粉体的质量分数。通过优化实验获得较好的各组分为:单体总量(质量分数)为39%;Si3N4为1%;光引发剂为3%;BA∶NVP=1∶2。实验测得优化样品的体积收缩率为5.38%,拉伸强度42.20MPa。 未添加纳米氮化硅的基体样品体积收缩率为8.65%,拉伸强度3212MPa。相比较,纳米复合树脂固化物的体积收缩率降低了38%,拉伸强度提高31%。这主要是由于:一方面纳米Si3N4占据高分子间的自由体积,降低了聚合时的体积收缩;另一方面,纳米Si3N4聚集态与有机基体间形成的有机-无机网络结构提高了两者之间的粘合力,从而增加了两者的界面结合强度,提高了固化物的拉伸强度。     2.2纳米氮化硅粉体在基体中的分散性     利用透射电镜(TEM)观察纳米Si3N4粉体在树脂中的分散情况(图1)。 图 1   纳米复合树脂固化物的 TEM     从图1的TEM照片中可以看出,纳米Si3N4粉体在树脂基体中分散比较均匀,只有少量粉体发生团聚,并且能很好弥散于树脂基体中,与有机基体具有较好的相容性,有利于提高固化物的力学性能和降低树脂固化过程中的体积收缩。 2.3FT-IR光谱分析     固化物的FT-IR光谱如图2所示。 图2 固化物红外谱图     1—Si3N4;2—基体固化物;3—纳米复合树脂固化物     Si3N4的FT-IR光谱中,1080cm-1强吸收带为Si3N4中Si—N键的伸缩振动吸收峰。468cm-1左右为Si—N键弯曲振动,3156cm-1是N—H键伸缩振动引起,1640cm-1Si—H键伸缩振动,1390cm-1是N—H的基团变形-剪式振动,3386cm-1为氢键缔合—OH伸缩振动。     在1080cm-1处,纳米复合树脂固化物吸收峰强度明显比基体固化物大,可以说明氮化硅得到很好的分散,并且弥散于基体中。氮化硅颗粒表面胺类基团的伸缩振动峰3156cm-1在纳米复合树脂中消失,而3386cm-1的羟基收缩振动峰也减弱,说明胺类基团和羟基与环氧丙烯酸酯的某些基团发生了键合作用。 3结语     采用正交试验,研究了对UV固化纳米复合树脂固化物体积收缩率和拉伸强度影响因素。实验发现:对体积收缩率影响最大的因素是单体的总含量,对力学性能影响最大的因素是纳米Si3N4粉体的质量分数。优化制备了性能较好的UV固化纳米复合树脂。当以环氧丙烯酸树脂为预聚物,BA和NVP的质量分数为39%,纳米氮化硅粉体为1%时,体积收缩率5.38%,拉伸强度42.20MPa,比基体固化物体积收缩率降低38%,拉伸强度提高31%。   如转载, 请注明: 资料来源"中国艺术涂料网"  中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”