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涂料技术

研究纳米二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂料

时间:2011-06-07 14:33:28 来源: 作者:小辉点击:次

1.5表征

(1)动态光散射(DLS):纳米微粒的粒径和粒径分布在Brookha-ven的90PlusParticleSizeAnalyzer动态光散射仪上测定.激光的波长为633nm,入射角是90°,每个样品平均测定3次,每次扫描60s.所得的粒径是两个样品的平均值.

(2)透射电镜:纳米粒子的形貌通过TaciF20场发射透射电镜,工作电压200kV.制样时,用滴管吸取样品悬浮液,滴至铜网上,待样品干燥后,直接观察.

(3)红外光谱:红外光谱表征在Bruker公司的IFS66VVacuum-typeSpectrometer上进行.

(4)涂料性能检测[5]:按国家涂料性能检测标准进行.

2结果与讨论

2·1纳米二氧化硅的改性硅烷偶联剂3-甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)水解后与纳米SiO2表面的硅羟基作用.偶联剂一端与纳米SiO2表面相连,另一端与有机基体相连,因此改性后的二氧化硅与树脂体系具有更好的相容性.图1是纳米二氧化硅经KH-570改性前后的红外图谱.在改性后的二氧化硅的红外图中,1098cm-1为Si-O-Si键的反对称伸缩振动、800cm-1为Si-O-Si键的对称伸缩振动、在467cm-1为Si-O-Si键的弯曲振动、但在3341cm-1左右出现硅羟基及表面吸附OH的缔合振动吸收峰,说明纳米SiO2表面的羟基并没有完全被硅氧基取代.这些峰在未改性的二氧化硅中也能观察到.此外,在改性后的二氧化硅的红外中,在2963cm-1出现了明显的亚甲基的伸缩震动峰,表明KH-570已经接枝到了二氧化硅的表面了[6].

图1 KH-570改性二氧化硅前后的红外光谱图

改性后的纳米二氧化硅的粒径分布和形态分别采用动态光散射和透射电镜进行了表征.改性后二氧化硅的粒径约为60nm,多分散系数小于0·15,表明二氧化硅是一个窄分布的样品.从透射电镜照片中(图2A)可以看到,所得二氧化硅的粒径非常均匀,大小在60nm左右,和动态光散射的数据一致,而且将样品用乙醇稀释后,得到分散性非常好的样品(图2B).用KH-570成功的对二氧化硅粒子进行了改性,解决了粒子的团聚问题.

2.2涂料的配制和测试

2·2·1纳米二氧化硅改性前后对涂层性能的影响

在所制备的二氧化硅-丙烯酸树脂复合涂层涂布在不锈钢板固化交联后,测定了其性能.分别将改性和未改性的纳米二氧化硅按照1%(重量比)的比例加入到丙烯酸树脂,不同的涂料.涂布后发现:未改性的二氧化硅在涂料中的分布很不均匀,有严重的团聚现象,涂布后的钢板表面有较多的孔洞和突起,严重影响了钢板的外观.而采用改性后的二氧化硅制备的涂料涂布的钢板表面细腻平整,具有较好的光洁度(图3).

2·2.2二氧化硅含量对涂层硬度的影响

二氧化硅的含量对涂膜的性能也会产生较大的影响,二氧化硅纳米微粒将充分分散于涂料中.当涂膜干燥固化后,改性后的二氧化硅表面有活性官能团(如羟基和双键)可以和丙烯酸树脂结合,增强了二氧化硅颗粒和树脂之间的界面结合力,从而起到了增强和修补缺陷的作用.在涂料体系中分别加入0·5%、1%、2%、4%的二氧化硅,并对涂层的维氏硬度做了测试.

从图4的测试结果可以看出,随着二氧化硅含量的增加,涂层的硬度增加.这是因为经KH-570表面处理过的SiO2纳米粒子,具有更好的疏水性,能够更加均匀的分散于树脂中.并且KH-570末端含有双键,使SiO2纳米粒子与丙烯酸树脂在固化的时候形成化学连接,使这种纳米复合材料的硬度等机械性能在原基础上进一步提高.此外直接分散到树脂中的硅烷化的SiO2纳米粒子可以起到物理交联点的作用,也使纳米复合材料的力学性能得到提高.但是随着二氧化硅的含量的增加,一些二氧化硅会浮在涂层的表面,引起涂层的透明度下降,影响美观,所以最终,加入二氧化硅的量为1.0%.