论文部分内容阅读
丙烯酸酯聚氨酯涂层广泛用于高档轿车的罩光清漆层,近年来市场对其耐刮伤性、耐候性等性能要求不断提高。本课题的研究就是为满足上述要求而提出来的,期望通过以丙烯酸单体、四乙氧基硅烷(TEOS)和硅烷偶联剂(SCA)前驱体,采用溶胶—凝胶法制备出高耐刮伤性的丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅纳米复合(或杂化)涂层。本课题研究得到了国家“863”纳米专项及上海市纳米专项的支持。 本文首先根据St(?)ber方法制备了各种粒径的二氧化硅溶胶粒子,经过甲基三乙氧基硅烷(MTES)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS)和辛基三乙氧基硅烷(OTES)改性后,分别采用常压蒸馏、离心/重分散和减压蒸馏工艺除去二氧化硅溶胶中的乙醇,通过原位聚合和共混方式引入高固体分羟基丙烯酸树脂及聚氨酯汽车清漆中。系统考察了二氧化硅溶胶粒子粒径、表面特性及用量、引入方法(原位聚合法或共混法)、除乙醇工艺等因素对二氧化硅溶胶粒子在丙烯酸酯聚氨酯中的分散性、有机相—无机相的相互作用、纳米复合涂层的性能等方面的影响规律,成功制备了透明性好、耐刮伤性优异的丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅复合涂层。另外,还探索性地研究了酸催化溶胶—凝胶法工艺在制备丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅杂化材料中的应用。 对二氧化硅溶胶粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中的分散性研究表明:常压蒸馏工艺中,硅烷偶联剂改性二氧化硅粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中分散均匀,而未改性二氧化硅粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中聚集。不过当二氧化硅粒径太小(15nm)时,无论粒子表面是否经过改性,粒子都将出现聚集。离心/重分散工艺中,长链硅烷偶联剂(OTES、MAPTMS)容易在二氧化硅粒子表面形成较厚的有机保护层,有助于二氧化硅粒子在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中均匀分散。但短链硅烷偶联剂(VTES、MTES)改性二氧化硅粒子在原位聚合过程中严重聚集。减压蒸馏工艺中,纳米二氧化硅粒子用长链硅烷偶联剂(MAPTMS)改性后,都能够均匀分散在羟基丙烯酸树脂及聚氨酯涂层中。 对羟基丙烯酸树脂与二氧化硅粒子的相互作用研究表明:硅烷偶联剂改性粒子表面的C=C官能团能与丙烯酸单体之间发生自由基聚合,形成化学键合作用,粒子表面化学吸附的树脂分子最多,而且长链硅烷偶联剂(MAPTMS)比短链(VTES)更有利于丙烯酸树脂分子在二氧化硅粒子表面上的化学吸附。在较低的二氧化硅添加量(6wt%)下,粒子表面吸附的丙烯酸树脂分子越多,杂化树脂的粘度就越低。MAPTMS改性二氧化硅粒子通过减压蒸馏和原位聚合工艺引入羟基丙烯酸树脂时,随着二氧化硅粒径的增大,粒子表面接枝的硅烷偶联剂减少,因此丙烯酸