松香基光固化纳米杂化材料的制备与结构性能研究

摘要

松香是一种重要的可再生天然化学品，可聚合松香衍生物是近年来研究开发的一个重要方向，其主要有两个方面的用途。（一）作为添加剂，在体系中充当松香助剂的作用，其可聚合基团通过化学反应键合到高分子链上；（二）作为制备高分子材料的主要原料。本文以丙烯酸松香衍生物（β-丙烯酰氧基乙基酯）酯（ARA）为主要组分制备紫外光固化涂料，通过对活性稀释剂和光引发剂的选择，选出合适的活性稀释剂以及引发剂，以此为基础通过溶胶-凝胶法制备了 ARA杂化涂料，并对其结构和性能进行研究，以期为丙烯酸松香衍生物的深度利用和用生物质原料制备性能优良、环境友好的高分子新材料提供新途径。论文的主要研究内容和结论如下：
　　以丙烯酸松香衍生物 ARA为光固化涂料的主要组分，辅助以活性稀释剂和光引发剂，并对固化膜的铅笔硬度、附着力、凝胶含量、热性能、固化过程中的双键转化率以及表干时间进行测试。研究结果表明：采用丙烯酸-2-羟基乙基酯（HEA）为活性稀释剂，Darocur1173为光引发剂时，可以通过调节活性稀释剂含量的方法来改善固化膜性能。对ARA/HEA固化膜进行了TG、DMA和凝胶含量分析，在活性稀释剂HEA含量为20％时，固化膜综合性能最佳，此时固化膜凝胶含量达到92.3%，固化60 s时的铅笔硬度为3 H，附着力为一级，热失重起始点达到280℃以上。
　　通过改进的溶胶-凝胶法在上述 ARA/HEA光固化涂料中掺杂不同表面形态的纳米SiO2，对不同的固化膜进行了耐化学性能、铅笔硬度、附着力等性能分析。加入亲水性纳米二氧化硅A200与A300制备的杂化涂料，固化膜耐水性能降低；加入表面经过有机处理的疏水性纳米二氧化硅R812与R974后，制备的杂化材料耐化学性能符合国标GB/T1763-1989的要求。DMA分析结果显示固化膜室温储存模量有明显提高。纳米粒子在丙烯酸松香光固化膜中并不存在明显的两相的过渡相。
　　通过Stober方法制备一组不同粒径纳米SiO2，分别用激光衍射法、TEM、IR、TG等考察了纳米粒子的大小、形态、组成和耐热性能。纳米粒子的粒径随催化剂浓度的增加分别为41.85nm、48.52nm和89.43nm, MATS成功接枝到纳米二氧化硅表面；随着催化剂浓度的增加，分布宽度依次减小；TEM照片显示纳米粒子表面均匀分布一层薄膜；纳米粒子的存在，大幅度的提高了有机组分MATS的耐热性能。
　　在ARA/HEA光固化涂料中加入上述经过浓缩处理的MATS改性纳米SiO2，制备了纳米杂化涂料。采用铅笔硬度、附着力等考察了固化膜的力学性能，通过IR、DSC、TG、TEM研究了固化膜的分子结构、耐热性能和微观形态，并对固化膜的耐化学性能和凝胶含量进行了研究。加入改性纳米SiO2后，固化膜铅笔从硬度2 H上升到3 H，附着力一级，耐化学品性能符合国标GB/T1763-1989的要求，凝胶含量从92.3%增加到95.4%。杂化后固化膜的玻璃化转变温度升高，耐热性能明显提高。TEM照片显示，有机相和无机相间存在明显过渡相，且局部存在壳-核结构。MATS改性纳米二氧化硅表面的可反应基团与ARA中的丙烯酸基团发生了反应，有机无机相通过化学键相互作用结合。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2研究的目标和主要研究内容

1.3 研究的技术路线

1.4论文的主要创新点

第二章 丙烯酸松香（β-丙烯酰氧基乙基）酯紫外光固化涂料的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4本章小结

第三章 紫外光固化纳米二氧化硅/ARA杂化涂料的制备与结构性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 MATS纳米二氧化硅的制备与性能研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4 小结

第五章 紫外光固化ARA/MATS改性纳米二氧化硅杂化材料的制备与性能研究

5.1前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 结果与讨论

6.1结论

6.2讨论

6.3展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢