论文部分内容阅读
随着时代的进步和社会的发展，环保问题越来越得到人们的普遍关注，环保产品迅速发展，环保型涂料所占比例也在大幅度上升。水性聚氨酯涂料以其耐磨耗、耐射线辐射、高弹性等优点，成为当前发展的主要方向，被广泛应用于各个领域。但水性聚氨酯目前还存在耐水性不强、耐溶剂性和物理机械性能差，光泽度不够等缺点，较大程度上影响了它的推广应用。无机纳米材料具有耐候性好、硬度高、耐水、耐碱性强等特点，将其应用于涂料领域，为开发新型涂料提供了一条新的途径。因此，研究纳米材料对水性聚氨酯的改性具有非常重要的意义。本论文首先采用不同种类硅烷偶联剂对纳米SiO2溶胶进行表面改性，然后将改性后的纳米溶胶与不同应用领域的聚氨酯乳液进行物理共混，制备出性能优良的纳米复合水性聚氨酯乳液。其主要研究内容包括如下几个方面：1、分别采用甲基三乙氧基硅烷（MTES）、二甲基二乙氧基硅烷（DMDES）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）及γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH560）对纳米SiO2溶胶进行表面改性，探讨了硅烷偶联剂种类，SiO2/偶联剂摩尔比，pH值以及改性时间对纳米SiO2溶胶改性效果的影响，并利用红外光谱（FTIR）对纳米溶胶的结构进行表征。实验结果发现：在反应时间为4h，pH值为4左右，SiO2/偶联剂摩尔比为6:1的条件下，KH560可以很好地改善纳米粒子的表面性质，改性后的纳米SiO2溶胶粒径有所降低，分布均一，保存稳定性良好，而且纳米粒子可以均匀地分散在水性乳液中。2、将改性纳米溶胶添加到ABS用水性聚氨酯乳液中，探讨了硅溶胶与KH560摩尔比以及改性纳米溶胶添加量对涂膜基本力学性能、耐水性等综合性能的影响，通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）对复合乳液微观结构及涂膜性能进行表征。结果表明：当硅溶胶与KH560摩尔比为6:1，添加量为5～10%时，硅溶胶/KH560改性水性聚氨酯复合乳液及涂膜的综合性能最佳。涂膜摆杆硬度提高了130%，涂膜硬度得到明显提高；质量损耗由最初的10.3mg降为7.8mg，明显提高了涂膜的耐磨性；涂膜耐划伤负载量也由1000GRMS提升到1200GRMS；吸水率从11.2%下降到6.5%，耐水性能得到明显提高；接触角由67°增大到75°，疏水性也得到改善；耐候性及耐溶剂性均得到增强。另外，硅溶胶/KH560的添加对涂膜光泽度以及透光率影响不大，雾度呈现先降低后增大的趋势，表现出可调节性。3、将改性纳米溶胶添加到木器用水性聚氨酯乳液中，研究了纳米溶胶添加量对涂膜机械性能、耐水性等综合性能的影响。结果表明，当改性硅溶胶添加量为10%～15%时，涂膜性能最佳。涂膜摆杆硬度提高了37.4%，吸水率从12.7%降低到10.7%，耐划伤负载量由300GRMS提升到900GRMS，涂膜耐磨质量损耗从50.8mg降低到14.3mg，耐盐雾能力从336h延长到600h。