改性纳米TiO2/羟基丙烯酸酯复合涂层材料的制备及应用性能研究

摘要

随着当今社会的飞速发展，人们对生活品质的要求不断提升，涂料在生活中的地位变得愈加重要。由于传统的涂料在使用过程中会产生大量挥发性有机物（VOCs），对人体健康及环境造成威胁，而水性涂料不仅具有低毒性、无污染的环保特性而且涂膜性能出色，已成为目前涂料行业研究和发展的重点。水性聚氨酯涂料是水性涂料的主要品种之一，具有优良的保光保色性、高硬度以及柔韧性等特点。水性丙烯酸树脂分散体作为水性聚氨酯涂料中常用的树脂组分，在热稳定性、耐腐蚀性、耐候性等方面还存在一定局限性，常常需要对其进行改性。为此，本文先通过自由基溶液聚合法合成水性羟基丙烯酸树脂二级分散体，优化合成实验条件，得到较好的制备工艺和配方，然后通过包覆沉淀法合成了一种具有紫外吸收性能的二氧化硅表面包覆TiO2纳米粒子，并将其添加到羟丙二级分散体中，探讨了其对复合涂层耐腐蚀性、耐候性以及机械性能的影响。主要研究内容如下：　　（1）通过自由基聚合法、分步滴加的方式制备了一种羟基丙烯酸树脂二级分散体。在合成过程中选择硬单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）和苯乙烯（ST）、软单体丙烯酸丁酯（BA）来赋予漆膜一定的力学性能；以丙烯酸羟丙酯（HPA）来提供羟基，为固化反应提供交联位点；丙烯酸（AA）作为亲水单体为体系提供一定的亲水性；甲基丙烯酸异冰片酯（IBOMA）作为一种功能单体来降低体系的黏度；采用分子量调节剂正十二硫醇（NDM）来控制体系的分子量；以过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）作为反应的引发剂，分解产生活性自由基使聚合反应进行；N,N-二甲基乙醇胺作为中和剂，中和羧基，提高体系的亲水性。探究了溶剂、引发剂、酸含量、羟基含量、中和剂种类等因素对分散体及其涂层性能的影响，并优化聚合工艺，得到综合性能较佳的羟丙二级分散体。　　（2）通过包覆沉淀法制备了二氧化硅表面改性的纳米TiO2粒子，研究了分散剂用量和pH值对改性纳米TiO2分散性的影响。并通过分散稳定性实验、X射线衍射、粒径及Zeta电位、透射电镜、紫外漫反射光谱、偏光显微镜等方式对改性纳米TiO2粒子进行性能表征。结果表明改性以后纳米TiO2的分散稳定性提高，紫外吸收性能提高，外层形成致密的二氧化硅包覆层。　　（3）用自制的改性纳米TiO2粒子物理改性羟丙二级分散体，并搭配氨基树脂制成高温烘烤涂料，研究了纳米粒子对涂层性能的影响。结果表明：改性纳米TiO2的添加量为0.4%较为合适，涂层的硬度、附着力、柔韧性等机械性能最优。耐腐蚀实验表明改性纳米TiO2的添加提高了涂层的耐酸、耐碱、耐盐水性能；耐老化实验表明改性纳米粒子的添加提高了涂层的保光性。

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