POSS改性硅灰石的制备及其在紫外光固化涂料中的应用

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包覆型粒子是由壳粒子和核粒子复合组成,并赋予核粒子没有的而壳粒子所具有的特殊性能,使核粒子功能化。国内外文献显示,通常是将亲水性的二氧化硅颗粒与硅灰石进行有序复合,而探索出一种疏水性的材料与硅灰石进行复合,使硅灰石的分散性和功能性得到提高具有重要的意义。然而传统的固相机械力化学法制备的复合颗粒材料分散性差,性能有限且不稳定,而高压均质机的液相机械力化学法可解决固相机械力化学法存在的问题。因此,使用高压均质机制备硅灰石复合颗粒材料是具有一定科研和实际意义的。紫外光固化涂料具有快速固化、绿色环保的特点,近年来得到了广泛的应用,使用改性过后的硅灰石制备具有功能化表面的涂料是目前功能性涂料的研究热点,具有较好的发展前景和应用价值。本文首先使用苯基三甲氧基硅烷在碱性的条件下经过脱水缩合反应制备得到七苯基三硅醇POSS,用红外光谱、核磁氢谱、碳谱、硅谱对合成得到七苯基三硅醇POSS进行了结构表征和成分分析。采用液相机械力化学法,将七苯基三硅醇POSS与硅灰石在高压均质机的液相机械力作用下对硅灰石进行分散破碎、对七苯基三硅醇POSS与硅灰石进行复合,制备得到了七苯基三硅醇POSS包覆的硅灰石复合材料,用激光粒度分析仪研究通过高压均质机均质前后硅灰石的粒度变化,用红外光谱、XRD、SEM、水接触角等方法研究了通过高压均质机调节复合比例、均质压力、次数、料浆浓度等因素对复合材料的结构变化,得到制备复合材料的较佳条件和比例。最后,将优化后的七苯基三硅醇POSS/硅灰石复合材料引入到环氧丙烯酸酯(EA)/丙烯酸丁酯(BA)和乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)/丙烯酸丁酯(BA)两种不同的紫外光固化涂料的制备过程中,通过紫外光照引发体系中的活性双键发生自由基聚合,复合材料在涂层的表面形成微纳米结构,制备得到了紫外光固化杂化超疏水涂层,用红外光谱研究杂化涂料的结构随着固化时间的变化的影响,通过热重分析仪研究了复合材料在杂化涂料中对涂料热稳定性的影响,用扫描电镜对复合材料在涂层表面形成的微纳米结构进行了研究,使用接触角仪对含有不同含量复合材料的涂料进行测量并研究其变化,最后研究了两种体系涂料的力学性能变化。结果表明,利用红外光谱、核磁氢谱、碳谱、硅谱基本表征了合成得到的物质,证明合成的物质为七苯基三硅醇POSS。通过高压均质机前后的硅灰石粒度从15.172μm下降到10.097μm,并与硅灰石在高压均质机的作用下进行复合得到的优化条件为:复合比例为40%,均质压力12 MPa,均质4次,料浆浓度为1%。将优化后的七苯基三硅醇POSS/硅灰石复合材料引入到乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)/丙烯酸丁酯(BA)体系的紫外光固化涂料中可以在固化过程中形成粗糙的复合结构,并且当复合材料的添加量达到12%附近时,使得涂层与水的接触角达到151.96o,滚动角达到8.56o,杂化涂层由疏水性转换为超疏水性,并且制备得到的涂层具有良好的力学性能。
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