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纳米二氧化硅溶胶改性及其在水性聚氨酯乳液中的应用研究
作 者: 李文倩
导 师: 施利毅
学 校: 上海大学
专 业: 物理化学
关键词: 硅烷偶联剂 纳米SiO2溶胶 表面改性 聚氨酯乳液
分类号: TQ630.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
随着时代的进步和社会的发展,环保问题越来越得到人们的普遍关注,环保产品迅速发展,环保型涂料所占比例也在大幅度上升。水性聚氨酯涂料以其耐磨耗、耐射线辐射、高弹性等优点,成为当前发展的主要方向,被广泛应用于各个领域。但水性聚氨酯目前还存在耐水性不强、耐溶剂性和物理机械性能差,光泽度不够等缺点,较大程度上影响了它的推广应用。无机纳米材料具有耐候性好、硬度高、耐水、耐碱性强等特点,将其应用于涂料领域,为开发新型涂料提供了一条新的途径。因此,研究纳米材料对水性聚氨酯的改性具有非常重要的意义。本论文首先采用不同种类硅烷偶联剂对纳米SiO2溶胶进行表面改性,然后将改性后的纳米溶胶与不同应用领域的聚氨酯乳液进行物理共混,制备出性能优良的纳米复合水性聚氨酯乳液。其主要研究内容包括如下几个方面:1、分别采用甲基三乙氧基硅烷(MTES)、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)及γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)对纳米SiO2溶胶进行表面改性,探讨了硅烷偶联剂种类,SiO2/偶联剂摩尔比,pH值以及改性时间对纳米SiO2溶胶改性效果的影响,并利用红外光谱(FTIR)对纳米溶胶的结构进行表征。实验结果发现:在反应时间为4h,pH值为4左右,SiO2/偶联剂摩尔比为6:1的条件下,KH560可以很好地改善纳米粒子的表面性质,改性后的纳米SiO2溶胶粒径有所降低,分布均一,保存稳定性良好,而且纳米粒子可以均匀地分散在水性乳液中。2、将改性纳米溶胶添加到ABS用水性聚氨酯乳液中,探讨了硅溶胶与KH560摩尔比以及改性纳米溶胶添加量对涂膜基本力学性能、耐水性等综合性能的影响,通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)对复合乳液微观结构及涂膜性能进行表征。结果表明:当硅溶胶与KH560摩尔比为6:1,添加量为5~10%时,硅溶胶/KH560改性水性聚氨酯复合乳液及涂膜的综合性能最佳。涂膜摆杆硬度提高了130%,涂膜硬度得到明显提高;质量损耗由最初的10.3mg降为7.8mg,明显提高了涂膜的耐磨性;涂膜耐划伤负载量也由1000GRMS提升到1200GRMS;吸水率从11.2%下降到6.5%,耐水性能得到明显提高;接触角由67°增大到75°,疏水性也得到改善;耐候性及耐溶剂性均得到增强。另外,硅溶胶/KH560的添加对涂膜光泽度以及透光率影响不大,雾度呈现先降低后增大的趋势,表现出可调节性。3、将改性纳米溶胶添加到木器用水性聚氨酯乳液中,研究了纳米溶胶添加量对涂膜机械性能、耐水性等综合性能的影响。结果表明,当改性硅溶胶添加量为10%~15%时,涂膜性能最佳。涂膜摆杆硬度提高了37.4%,吸水率从12.7%降低到10.7%,耐划伤负载量由300GRMS提升到900GRMS,涂膜耐磨质量损耗从50.8mg降低到14.3mg,耐盐雾能力从336h延长到600h。
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全文目录
摘要 6-8 ABSTRACT 8-13 第一章 绪论 13-24 1.1 课题来源 13 1.2 国内外研究背景 13-14 1.3 聚氨酯乳液的改性 14-20 1.3.1 丙烯酸改性 14-15 1.3.2 环氧树脂改性 15-16 1.3.3 有机硅改性 16 1.3.4 有机氟改性 16-17 1.3.5 纳米材料改性 17-20 1.4 纳米粒子的表面改性 20-22 1.4.1 纳米粒子表面改性的意义 20-21 1.4.2 纳米粒子表面改性的方法 21-22 1.5 课题的提出及主要研究内容 22-24 1.5.1 课题的提出 22 1.5.2 主要研究内容 22-24 第二章 纳米二氧化硅溶胶的表面改性研究 24-36 2.1 引言 24 2.2 实验材料与仪器 24-25 2.3 实验方法 25-26 2.4 性能表征 26 2.5 结果与讨论 26-35 2.5.1 改性剂种类对纳米 SiO_2 溶胶粒径和稳定性的影响 26-29 2.5.2 改性剂含量对纳米 SiO_2 溶胶粒径和稳定性的影响 29-32 2.5.3 pH 值对纳米 SiO_2 溶胶粒径和稳定性的影响 32-33 2.5.4 改性时间对纳米 SiO_2 溶胶粒径和稳定性的影响 33-34 2.5.5 改性前后纳米 SiO_2 溶胶的红外光谱分析 34-35 2.6 本章小结 35-36 第三章 改性纳米溶胶复合水性聚氨酯乳液在 ABS 塑胶板上的应用研究 36-66 3.1 引言 36 3.2 实验材料与仪器 36-38 3.3 实验方法 38-39 3.3.1 改性纳米溶胶复合水性聚氨酯乳液的制备 38 3.3.2 聚合物基材表面预处理 38-39 3.3.3 聚氨酯乳液涂膜制备工艺 39 3.4 性能表征 39-42 3.5 结果与讨论 42-64 3.5.1 SiO_2 /KH560 摩尔比对复合乳液稳定性的影响 42-43 3.5.2 SiO_2 /KH560 摩尔比对复合涂层机械性能的影响 43-46 3.5.3 SiO_2 /KH560 摩尔比对复合涂层耐水及耐溶剂性能的影响 46-48 3.5.4 SiO_2 /KH560 摩尔比对复合涂层热稳定性的影响 48-50 3.5.5 改性溶胶添加量对复合乳液稳定性的影响 50-53 3.5.6 改性溶胶复合乳液的红外分析表征 53-54 3.5.7 改性溶胶添加量对复合涂层热稳定性的影响 54-55 3.5.8 改性溶胶复合乳液的 TEM 表征 55 3.5.9 改性溶胶复合涂层的 SEM 表征 55-56 3.5.10 改性溶胶添加量对复合涂层机械性能的影响 56-58 3.5.11 改性溶胶添加量对复合涂层光学性能的影响 58-60 3.5.12 改性溶胶添加量对复合涂层耐水性及耐溶剂性能的影响 60-63 3.5.13 改性溶胶添加量对复合涂层耐粘污性能的影响 63-64 3.5.14 改性溶胶添加量对复合涂层耐老化性能的影响 64 3.6 本章小结 64-66 第四章 改性纳米溶胶复合水性聚氨酯乳液在木器上的应用研究 66-74 4.1 引言 66 4.2 实验材料与仪器 66-67 4.3 实验方法 67-68 4.3.1 改性纳米溶胶复合水性聚氨酯乳液的制备 67 4.3.2 聚氨酯乳液涂膜制备工艺 67-68 4.4 性能表征 68 4.5 结果与讨论 68-73 4.5.1 改性溶胶添加量对涂层附着力及硬度的影响 68-69 4.5.2 改性溶胶添加量对涂层耐磨性的影响 69-70 4.5.3 改性溶胶添加量对涂层耐划伤性的影响 70-71 4.5.4 改性溶胶添加量对涂层耐水性及耐溶剂性的影响 71-72 4.5.5 改性溶胶添加量对涂层耐盐雾性能的影响 72-73 4.6 本章小结 73-74 第五章 结论与展望 74-76 5.1 结论 74-75 5.2 展望 75-76 参考文献 76-83 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文 83-84 作者在攻读硕士学位期间所作的项目 84-85 致谢 85
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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 涂料工业 > 一般性问题 > 基础理论
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