白炭黑種類對(duì)UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的性能影響

白炭黑種類對(duì)UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料

的性能影響TheinfluenceofdifferenttypesofsilicatoUV-curablePUA內(nèi)容摘要以聚丙烯酸酯預(yù)聚物為主體，添加光引發(fā)劑制備紫外光(UV)固化聚氨酯材料。用DSC測(cè)試其固化時(shí)間、紅外測(cè)試固化前后官能團(tuán)的變化。同時(shí)對(duì)添加不同種類，不同份數(shù)白炭黑的填料的UV固化膜進(jìn)行性能測(cè)試。研究表明：當(dāng)加入總量的15%的經(jīng)過表面處理的白炭黑，所得的材料有最好的力學(xué)性能以及較好的耐水性。關(guān)鍵詞：UV固化聚丙烯酸酯白炭黑Abstractusepolyacrylateprepolymerasmainpart,addphotoinitiatortomakeUV-curingmaterial.UseDSCtotestitssolidificationtime,FT-IRtotestthechangeoffunctionalgroup.AtthesametimedoperformancetesttotheUV-curingfilmthatadddifferenttypesandnumbersofsilica.Accordingtotheresearch,whenadd15%andsurfacetreatmentsilica,thematerialhasthebestmechanicalpropertiesandgoodwaterresistance.Keywords:UV-curingpolyacrylatesilica白炭黑種類對(duì)UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的性能影響光固化涂料主要指在紫外光照射下迅速交聯(lián)固化成膜的一類新型材料，因其高效涂裝固化和環(huán)境友好特征，已為世界涂料行業(yè)和絕大多數(shù)的管理機(jī)構(gòu)所認(rèn)可。光固化涂料自從20世紀(jì)60年代由Bayer公司成功商業(yè)化以來，技術(shù)上不斷成熟、創(chuàng)新，原材料品種性能不斷發(fā)展，已由當(dāng)初僅適用于木器涂裝，拓展到現(xiàn)在大量用于紙張、塑料、金屬、玻璃、陶瓷等多種基材，而且正朝著功能化方向發(fā)展。聚氨酯丙烯酸酯是一類重要的光固化交聯(lián)性樹脂其應(yīng)用廣泛程度僅次于環(huán)氧丙烯酸酯。［1］它是在聚氨酯的基礎(chǔ)上，分子鏈末端通過丙烯酸酯化引入雙鍵，使用過程中經(jīng)光照，在光引發(fā)劑的作用下引發(fā)雙鍵交聯(lián)反應(yīng)的一種低聚物。［2,3］聚氨酯丙烯酸酯兼具丙烯酸和聚氨酯兩種涂料的優(yōu)點(diǎn)，其反應(yīng)活性高、固化速率快，具有優(yōu)異的柔韌性、附著力、耐低溫性、耐磨性、耐化學(xué)品性以及彈性。［4,5］本實(shí)驗(yàn)用聚丙烯酸酯預(yù)聚物（MR-1305）、光引發(fā)劑（安息香乙醚）制備一系列UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料，通過添加不同種類白炭黑（未處理、煅燒處理、表面處理）對(duì)其進(jìn)行改性，并進(jìn)行性能測(cè)試及表征。1實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)原料聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物MR-1305、安息香乙醚：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司、濕法白炭黑。UV固化涂料的制備1.2.1白炭黑的處理

取100g未經(jīng)處理的濕法白炭黑，置于馬弗爐中，設(shè)定溫度600°C干燥2小時(shí)，取50g干燥后的白炭黑、100mL無水乙醇和0.5g硅烷偶聯(lián)劑KH570配成的溶液于三口瓶中，加入攪拌裝置并在80C水浴條件下攪拌，待無水乙醇完全蒸出后取出表面處理的白炭黑，在干燥箱中常溫干燥，備用。1.2.2UV固化涂膜的制備將一定量的MR-1305配以相應(yīng)比例的光引發(fā)劑安息香乙醚，并分別配以5%、10%、15%、20%的未處理濕法白炭黑、干燥處理后的白炭黑以及表面處理的白炭黑，室溫下混合均勻后涂抹于玻璃板上，放置于紫外燈下固化完全。1.3UV固化性能測(cè)試及表征紅外測(cè)試采用Nexus670型傅里葉變換紅外光譜儀（美國(guó)熱電集團(tuán)尼高力分子光譜儀器公司）分析UV固化前后聚合物官能團(tuán)的變化。DSC分析將固化不同時(shí)間所成的膜采用CDR-34P型差動(dòng)熱分析儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）測(cè)定聚合物的反應(yīng)程度。測(cè)定溫度范圍為18?300C,升溫速率10C/min。1.3.3力學(xué)性能測(cè)試通過CMT4254型微機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試其拉伸強(qiáng)度，參照標(biāo)準(zhǔn)為GB/T1040、硬度測(cè)試：邵氏硬度法1.3.4耐水性測(cè)試將膜剪成1cmX1cm的小塊于蒸餾水中放置一段時(shí)間，分別稱取浸泡前后的質(zhì)量。2結(jié)果與討論2.1UV固化性能表征2.1.1固化時(shí)間的測(cè)定圖1為在不同固化時(shí)間條件下，未加入白炭黑的聚氨酯丙烯酸酯膜的DSC分析，圖中a，b，c，d四條線分別為固化時(shí)間為0s，30s，45s，60s的曲線，從據(jù)。中可以看出當(dāng)固化時(shí)間為45s時(shí)，該樣品已經(jīng)固化完全。表1為各個(gè)樣品峰值數(shù)據(jù)。表1不同固化時(shí)間樣品峰值參數(shù)時(shí)間起始溫度峰值溫度終止溫度焓值

（S）(°C)(C)(C)(J/g)0195213235287.0430198.7228.1267.8108.4345203.6232.2268.376.560204240.7273.975.5圖1固化不同時(shí)間DSC分析圖2.1.2紅外譜圖測(cè)試圖2為聚氨酯丙烯酸酯固化前后的紅外譜圖，a為未經(jīng)過固化的原料譜圖,b固化完全的交聯(lián)膜譜圖?？梢钥闯鯽圖中出現(xiàn)1635cm-1處的C=C的伸縮振動(dòng)，1408cm-1處C-H面內(nèi)彎曲震動(dòng)和810cm-1處C-H面外彎曲震動(dòng)吸收峰，說明含有丙烯酸酯基團(tuán)。在b圖中1635cm-1處峰值完全消失，這表明完全固化后低聚物在光引發(fā)劑的條件下產(chǎn)生了光交聯(lián)，使得雙鍵消失。圖2固化前后膜的紅外譜圖2.2交聯(lián)膜的性能2.2.1力學(xué)性能不同種類的白炭黑所制成的聚氨酯丙烯酸酯交聯(lián)膜的力學(xué)性能見表1，不同份量的同種白炭黑制備的交聯(lián)膜性能見表2，從表1表2中可以看出，當(dāng)加入的白炭黑經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑KH570處理時(shí)所成的膜的力學(xué)性能高于添加其余兩種白炭黑的膜，這是因?yàn)槲刺幚淼陌滋亢诜稚⑿圆缓?，容易造成?yīng)力集中，使得力學(xué)

性能下降。加入的二氧化硅份數(shù)為15%時(shí)，該膜的力學(xué)性能都最良好。這是因?yàn)殡S著白炭黑加入量的增多，其粒子間相互作用增強(qiáng)，對(duì)材料的形變有一定的抑制作用，但相互作用過強(qiáng)會(huì)造成拉伸強(qiáng)度的下降。表215%不同種類白炭黑成膜力學(xué)性能數(shù)據(jù)樣品拉伸強(qiáng)度/Mpa邵氏硬度未處理白炭黑5.3590煅燒處理白炭黑7.2391.1表面處理白炭黑8.395表3不同份量表面處理白炭黑成膜力學(xué)性能數(shù)據(jù)樣品拉伸強(qiáng)度/Mpa邵氏硬度5%白炭黑4.39010%白炭黑6.792.915%白炭黑8.39520%白炭黑8.1932.2.2耐水性能不同種類及用量的白炭黑對(duì)成膜的吸水率影響如圖3所示。從圖中可以看出隨著白炭黑用量的增多，材料吸水率有所上升，這是因?yàn)榘滋亢诒砻嬗辛u基存在，所以白炭黑用量增多，材料的耐水性逐漸下降，但不是十分明顯。圖中還反應(yīng)出煅燒處理和表面處理的白炭黑吸水率均低于未處理的白炭黑。43210%率水吸43210%率水吸未處理一?-煅燒處理—表面處理5%10%15%20%白炭黑份數(shù)圖3白炭黑對(duì)材料耐水性能影響3結(jié)論本文以MR-1305，安息香乙醚，以及未處理、煅燒處理以及表面處理的白炭黑為原料制成了一種光固化材料，進(jìn)過DSC測(cè)試，該材料在紫外燈照射45秒后可以完全固化，紅外測(cè)試表明固化前后官能團(tuán)的變化。當(dāng)加入15%經(jīng)過表面處理的白炭黑，該材料拉伸強(qiáng)度達(dá)到8.3，邵氏硬度95，具有良好的力學(xué)性能與較好的耐水性。參考文獻(xiàn)楊建文、曾兆華、陳用烈?光固化涂料及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2005.1王鋒，胡劍青，涂偉萍.UV固化低聚物及其涂料研究進(jìn)展[J]?熱固性樹脂,2007,22(3):41—46.MillerHC.UV/EB－cureurethaneacrylateandepoxyacryla