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环氧丙烯酸酯是紫外光(UV)固化涂料中重要低聚物之一,但它的黏度比较高,在光固化过程中需要加入大量活性稀释剂调节黏度,因此,研究紫外光固化水性环氧丙烯酸树脂的合成就显得十分必要。将纳米SiO2引入到UV固化涂料中制备成杂化材料,可以将纳米SiO2与UV固化技术的优点进行有机结合,提高涂膜的耐刮伤、耐摩擦和耐候性能,推动UV固化涂料的发展与应用。
采用正交试验法,以环氧树脂(E-44)和丙烯酸单体(AA)为主要原料,合成了环氧丙烯酸树脂(EA),探讨了合成工艺条件如反应温度、反应时间、催化剂和阻聚剂的用量对丙烯酸单体转化率的影响。实验结果表明:当反应温度为95℃,反应时间为4.5 h,催化剂和阻聚剂的用量分别为E-44质量分数的1.5%和0.075%时,AA的转化率达98.27%。在此基础上,通过顺丁烯二酸酐(MA)与环氧丙烯酸树脂(EA)上的羟基反应,在EA上引入亲水性羧基基团,制备了水性环氧丙烯酸树脂(EB)。
采用傅里叶-红外光谱(FTIR)分别对中间产物EA和目的产物EB进行了结构表征,进一步证实了AA与E-44开环酯化反应生成了EA,以及MA与EA上羟基发生酯化反应生成了EB。研究了光引发剂用量和固化时间对体系固化程度的影响,结果表明:光引发剂的用量为3.5%和固化时间为40 s时,体系有较高的固化程度。并采用FTIR对光固化涂膜结构进行了表征,发现C=C特征峰基本消失,EB感光性能优异。
通过溶胶-凝胶法制备了纳米SiO2溶胶,并以此为无机相,以EB为有机相,以γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(TMSPM)作为有机与无机相间的偶联剂,通过紫外光固化制得了光固化有机-无机杂化材料。探讨了无水乙醇、氨水和去离子水用量对溶胶-凝胶过程的影响,确定了不同粒径SiO2溶胶的制备条件。
采用马尔文粒度仪和FTIR对TMSPM改性前后的硅溶胶进行了表征,结果表明TMSPM成功接枝到SiO2表面。将改性后的SiO2溶胶与EB共混制备了杂化材料,通过热重分析仪(TG)和差示扫描量热仪(DSC)对杂化材料的光固化涂膜性能进行了表征,结果表明TMSPM改性后纳米SiO2溶胶能够阻止聚合物链段的运动和降解,有利于提高聚合物热稳定性。用扫描电镜(SEM)对光固化涂膜断层形貌进行了观察,发现TMSPM改性纳米SiO2溶胶后能够显著改善SiO2在有机相中分散性。