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塑料是现代社会不可缺少的材料,已经被广泛应用于柔性电子屏幕和电子产品外壳等高科技产品相关领域,但塑料表面硬度低、易被划伤,亟需对其进行表面加硬处理。聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂层是一种常用的表面加硬材料,本论文制备了系列PUA加硬涂层,对其结构进行了表征,研究了其涂覆于聚碳酸酯(PC)板后的表面性能。(1)通过巯基-烯点击化学反应合成了末端含六个羟基的刚性支化核TAC-MTGL,并用于后续高双键官能度支化物的制备。随后,通过异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4-羟基丁基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷二烯丙基醚间的反应,得到了含异氰酸根的中间产物。最后,加入TAC-MTGL以反应掉另一个异氰酸根,合成了聚氨酯丙烯酸酯支化物BPUA-TAC。同时,合成了另外两种支化核TAT-MTGL和TMPTA-MTGL以及相应的BPUA支化物BPUA-TAT和BPUA-TMPTA,以探究刚性支化核对所制备涂层性能的影响。用1H NMR表征了支化核和BPUA支化物的结构。将BPUA支化物、光引发剂和溶剂异丙醇(IPA)配成不同组分的涂覆液S1、S2和S3。为进一步提高涂层交联度和降低内应力,往上述涂覆液中引入了季戊四醇四(3-巯基丙酸)(PETMP)制成涂覆液S1-1、S2-1和S3-1。将所得涂覆液涂覆于PC板上UV固化制备了加硬涂层。通过FT-IR、凝胶含量、吸水率、DMA、力学性能、TG及表面性能等测试对BPUA涂层的性能进行了表征,同时研究了刚性支化核和PETMP的加入对涂层性能的影响。FT-IR表征结果表明,随着支化核刚性的降低,双键的转化率逐渐增大。此外,凝胶含量测试表明双键转化率与化学交联密度变化一致。DMA结果表明,引入PETMP会使涂层的总交联密度增加。而且,相比于交联密度,刚性的支化核更能赋予涂层较高的Tg值。TG结果显示,所得涂层具有良好的热稳定性,分解温度均高于150℃。在所得的涂层中,S1-1涂层表现出最佳的性能:铅笔硬度为5H,附着力为5B,断裂强度(σ)为6.76 MPa,断裂伸长率(ε)为49.2%。与用市售PUA-6树脂制备的对比涂层(铅笔硬度为4H)相比,本研究制备的涂层具有更高的铅笔硬度。(2)通过IPDI和季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)间的反应,得到了含异氰酸根的中间产物。随后,加入降冰片烷二甲胺(NDMA)以反应掉另一个异氰酸根,合成了末端含六个丙烯酸酯双键的刚性PUA-NDMA支化物。同时,合成了分别含哌嗪(PZ)和乙二胺(EDA)的PUA支化物PUA-PZ和PUA-EDA,以探究刚性二胺对所得PUA涂层性能的影响。用1H NMR对PUA支化物的结构进行了表征。将PUA支化物、光引发剂和IPA配成涂覆液,并将其涂覆于PC板上UV固化制备了加硬涂层。通过FT-IR、黏度、XRD、AFM、DMA、力学性能、TG及表面性能等测试对PUA涂层的性能进行了表征,同时研究了刚性二胺对所得涂层性能的影响。FT-IR表征结果表明,柔性的二胺和低粘度涂覆液有助于提高涂层的双键转化率。通过微结构分析得知,PUA-NDMA涂层的氢键主要形成在硬段与硬段间,这使得涂层发生微相分离、表面变粗糙。而PUA-PZ和PUA-EDA涂层主要发生相混合,涂层表面较为均一。DMA结果表明,相比于交联密度,刚性的二胺更能赋予涂层较高的Tg值。TG结果显示,所得涂层具有良好的热稳定性,分解温度均高于150℃。拉伸试验表明,由于PUA-PZ涂层具有高的交联密度和刚性的二胺,表现出优异的力学性能,σ为20.7±0.2MPa,ε为6.8±0.8%。涂层性能测试表明,制备的PUA-PZ涂层的铅笔硬度可达5H,且具有很好的附着力(5B)和柔韧性(<2mm)。(3)以钛酸酯偶联剂(PN-102)为表面改性剂,制备了粒径小、可高度分散于PUA-6树脂中的改性SiO2纳米颗粒(Si-PN102-5)。通过调节Si-PN102-5的添加量,比较所得复合涂层的粗糙度,确定了 Si-PN102-5的最佳添加量。在此基础上,分别往PUA-6树脂中引入亲水性SiO2(Si-380)和疏水性SiO2(Si-115),制备了相应的复合涂层。通过FT-IR、AFM、SEM、DMA、力学性能、TG及表面性能等测试对PUA/SiO2复合涂层的性能进行了表征,同时研究了不同表面改性的SiO2纳米颗粒对PUA/SiO2复合涂层性能的影响。FTIR和XPS结果表明,偶联剂PN-102实现了 Si-PN1O2-5颗粒表面的功能化。TEM测试表明,改性前后SiO2粒径几乎没有发生变化,均维持在20-30 nm左右。AFM和UV-vis结果显示,复合涂层内Si-PN102-5颗粒的最佳添加量为5wt.%左右。SEM、DMA和拉伸测试结果表明,Si-PN102-5由于其表面含有大的PN-102,不仅可阻隔纳米粒子间的相互作用、堆积,还可通过链缠结结构增强其与高分子链间的界面相互作用。此外,其在PUA-6树脂中表现出良好的分散性,显著改善了涂层的力学性能,σ为11.0±0.1 MPa,ε为9.4±3.0%。涂层性能测试表明,制备的Si-PN102-5-5%复合涂层具有比市售PUA-6树脂所制备的对比涂层更高的铅笔硬度,可达5H,且具有良好的附着力(4B)和柔韧性(3mm)。涂层的热重分析表明,SiO2的改性种类对涂层的热稳定性几乎没有影响,所有涂层具有良好的热稳定性,分解温度均高于250℃。