紫外光固化易清洁涂层的制备及性能研究

来源 :吕朝龙 | 被引量 : 0次 | 上传用户:saraxian
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作为一种新兴的绿色工业技术,紫外(UV)光固化技术具有室温固化、高效环保、低能耗、适应性广等优点。易清洁涂层是一类将含氟或含硅化合物引入聚氨酯、环氧、丙烯酸酯等树脂中制备的低表面能涂层,水性和油性污染物可以从涂层表面轻松滑落而不留下痕迹,同时还具有防涂鸦、自清洁等特性,广泛应用于原油运输管道的减阻、公共设施的防涂鸦、太阳能电池板和玻璃外墙的自清洁等方面,具有广阔的发展前景。然而,将光固化技术与易清洁涂层相结合的研究并不多。于是本论文制备了两种自迁移有机硅光固化树脂,将其添加到光固化聚氨酯涂料配方中,制备了具有光滑表面的光固化易清洁涂层,探究了有机硅树脂的化学结构和添加量对涂层性能的影响。具体研究内容如下:(1)分别利用数均分子量为1000和5000的单羟基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS-A-1000、PDMS-A-5000)和双羟基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS-B-1000、PDMS-B-5000)为原料合成了四种有机硅改性的光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂,经UV光固化得到有机硅改性聚氨酯易清洁涂层。系统地研究了聚二甲基硅氧烷分子量、官能度及添加量对涂层润湿性、防涂鸦、自清洁、耐磨性及耐擦拭性能的影响。研究结果表明:当PDMS-A-1000、PDMS-A-5000、PDMS-B-1000、PDMS-B-5000添加量为2.0 wt%时,涂层的表面能分别为26.63 m J/m~2、24.86 m J/m~2、24.96 m J/m~2、24.84 m J/m~2。添加PDMS-B的涂层比添加PDMS-A的涂层具有更优异的透光率、防涂鸦、耐磨性和耐擦拭性能;添加PDMS-5000的涂层比添加PDMS-1000的涂层具有更优异的防涂鸦、耐磨性和耐擦拭性能。当PDMS-B-5000的添加量为2.0 wt%时,得到的涂层具有最佳的防污性能。该涂层具有优异的自清洁性能,水滴和十六烷液滴在倾斜20°的涂层表面滑动5 cm的距离仅需要2 s和5 s,同时可以将表面的灰尘和纳米Si O2带走且不留下痕迹。该涂层的硬度为3H,附着力为0级,均方根粗糙度为0.712 nm,即使经过1000次摩擦循环后,油性记号笔笔迹和油墨依旧会发生收缩并且可以擦拭干净,表明该涂层具有优异的耐磨性能。该涂层还具有优异的耐擦拭性能,耐油性记号笔擦拭次数可达123次。(2)为了进一步提高光固化聚氨酯易清洁涂层的耐磨性能,首先以3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷(IPTES)和季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为原料,合成了含硅氧烷结构的三官能度丙烯酸酯单体(TATES),然后与1H,2H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷(POTS)、丙基三甲氧基硅烷(MPMS)和六甲基二硅氧烷(MM)通过水解-缩聚法制备丙烯酸酯官能化含氟硅树脂(AFSR),最后将AFSR添加到聚氨酯丙烯酸酯树脂中,经UV光固化得到含氟硅树脂改性聚氨酯易清洁涂层。系统地研究了AFSR中氟含量以及AFSR添加量对涂层润湿性、自清洁、防涂鸦、耐磨性及耐擦拭性能的影响。研究结果表明:当AFSR中氟含量为(92.6 mol%)、AFSR添加量为2.5 wt%时,得到的涂层具有最佳的防污性能。该涂层的表面能为14.08 m J/m~2,水滴和十六烷液滴在倾斜30°的涂层表面滑动5 cm的距离仅需要6 s和3 s,同时可以将表面的灰尘和纳米Si O2带走,说明该涂层具有优异的自清洁性能。涂层具有优异的防涂鸦性能,油性记号笔和油墨可以发生收缩并且可以擦拭干净。该涂层表面光滑平整,均方根粗糙度为0.497 nm,硬度为4H,附着力为0级,即使经过3000次的摩擦循环,油性记号笔笔迹和油墨仍然可以擦拭干净,说明该涂层具有优异的耐磨性能。该涂层还具有优异的耐擦拭性能,可经受114次的油性记号笔擦拭。
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