1、有機無機納米復合材料綜合了有機材料的特性(韌性好、耐沖擊、質量輕、易加工等)和無機材料的優(yōu)點(高強度、高硬度、熱穩(wěn)定性、抗腐蝕和優(yōu)異的光學性能等),受到了科學界越來越廣泛的關注,并在許多領域己得到較好的應用。紫外光納米復合材料既有雜化材料的高性能和新功能,又有紫外固化的環(huán)保友好性,完美結合納米復合與紫外光固化技術的優(yōu)點,大大推動涂料的發(fā)展與應用。目前,文獻中有關紫外光固化納米復合涂層的研究集中在納米SiO2、納米TiO2、粘土等納米材料

2、體系,對納米ZrO2的應用研究較少。但納米ZrO2具有硬度高、折光指數(shù)高、化學惰性、熱穩(wěn)定好等優(yōu)點,是制備高力學性能涂層或光功能涂層的理想納米填料。
　　 本文以市售納米ZrO2粉體和非水合成納米ZrO2晶粒為原料,通過與不同比例的活性單體、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)低聚物及光引發(fā)劑相復合,制備納米復合涂料。并以此為涂料體系,采用介電樹脂固化監(jiān)測儀(DEA)為新的在線監(jiān)測手段,考察了紫外光固化納米復合涂料的固化動力學行為,研究了納

3、米ZrO2粒子在完全初級粒子分散狀態(tài)下,納米復合涂層的力學性能、光學性能及熱學性能,考察了改性ZrO2納米粒子在不同活性單體及低聚物中的相行為以及納米ZrO2粒子的涂層性能調節(jié)效率對有機基質組成的依賴性。具體研究內容及結果如下:
　　 采用市售ZrO2粉體為原料,經(jīng)γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(Z-6040)改性后,與聚氨酯丙烯酸酯低聚物(UVU6219)和二縮三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)等組分共混制備了紫外光固化聚氨酯

4、/ZrO2納米復合涂層。利用DEA系統(tǒng)研究了引發(fā)劑類型與用量、光強、膜厚、固化氣氛、納米ZrO2用量等因素對納米復合涂層紫外光固化動力學的影響規(guī)律,并與在線紅外光譜研究結果進行了比較。研究發(fā)現(xiàn),DEA獲得的離子粘度對數(shù)(Logη)-時間(t)曲線與占線紅外光譜獲得的雙鍵轉化率(C)-時間(t)曲線在轉化率低于85％時有很好的對應關系,而在高轉化率階段(＞85％),DEA具有更高的靈敏度,對于納米復合涂料配方和固化工藝優(yōu)化具有很好的使用價

5、值。另外,由于納米ZrO2粉體的復合導致涂層透明性下降,納米復合涂層的光固化轉化率隨著納米ZrO2用量的增加而下降。
　　 采用溶劑熱合成法獲得的高結晶性納米ZrO2粒子為原料,經(jīng)甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)表面修飾后,與聚氨酯丙烯酸酯低聚物(6148J-75)共混,制備納米復合涂料?？疾炝思{米ZrO2晶粒改性工藝對涂層透明性以及改性納米ZrO2用量對涂層光固化動力學、光學性能、力學性能和熱學性能的影響規(guī)律。研究表明

6、,納米復合涂層存在從透明向不透明轉變的臨界ZrO2用量,即20wt％。在臨界濃度以下,納米復合涂層完全透明,納米ZrO2粒子在涂層中完全達到初級粒子分散水平,涂層的光固化轉會率隨著納米ZrO2用量的增加而增大,硬度、耐磨損和熱穩(wěn)定性等性能得到顯著改善,折光指數(shù)最高可達1.63。但在臨界ZrO2含量以上時,涂層中的納米粒子發(fā)生團聚,涂層透明性迅速下降,各項性能急劇惡化,甚至低于純聚氨酯涂層的性能。
　　 在前述工作基礎上,進一步深

7、入研究了MPS改性的納米ZrO2晶粒在不同紫外光固化單體和低聚物中的分散穩(wěn)定行為,并考察了相應納米復合涂層的力學性能和光學性能。研究發(fā)現(xiàn),MPS改性納米ZrO2粒子在小分子活性劑中的分散性優(yōu)于PUA低聚物中的分散性,MPS接枝量越少,納米復合涂層的透明性越好。在TPGDA中,ZrO2添加量可以達到62wt％而保持透明。因此,涂層透明向不透明轉變的臨界ZrO2用量可以通過在PUA低聚物中加入活性稀釋單體加以調節(jié)。性能測試表明,有機基質的力

8、學性能越佳,則納米ZrO2粒子對涂層力學性能的改進效率越高。
　　 另外,本文還初步探討了TiO2溶膠作為熱固性丙烯酸樹脂涂層固化劑的可行性,以替代傳統(tǒng)的異氰酸酯等毒性大的有機固化劑。該TiO2溶膠由溶膠—凝膠法制備,為網(wǎng)絡狀團簇結構。采用DEA考察了其與含羧基官能團的丙烯酸樹脂的固化行為。研究初步證實了TiO2溶膠對丙烯酸樹脂的固化交聯(lián)能力,并且研究表明,TiO2的引入,有助于提高涂層的力學性能、熱穩(wěn)定性及紫外屏蔽性。為新型無