UV固化有机/无机耐燃杂化涂层材料制备及性能研究

【摘要】UV固化涂料因其环保性方面的优势而发展迅猛,但易燃的缺点又阻碍它进一步的拓展。为此,本文在系统分析相关文献基础上,采用溶胶-凝胶法制备出多类型功能化溶胶,用以提高UV固化涂层的阻(耐)燃性和物理机械性能。具体研究内容和实验结果如下：1)以正硅酸乙酯(TEOS)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)为溶胶前驱物,采用酸催化溶胶-凝胶法制备出硅溶胶,并形成了稳定的溶胶分散液制备技术,满足了UV固化技术需求。将制得的硅溶胶/三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)分散液与双酚A环氧丙烯酸酯(商品名：SM6104)、活性稀释剂TPGDA构成UV固化杂化涂层。研究发现：①经溶胶结构和处理工艺优化后,无挥发物的硅溶胶分散液的稳定时间超过180天；②杂化涂层材料的阻燃性显著提高,涂布到基材上后杂化涂层仍具有突出的阻燃性,其点燃时间比纯有机涂层延迟一倍以上,燃烧时迅速转变成致密的耐燃保护层,同时具有良好的自熄性；③杂化涂层的弹性模量、硬度、耐磨性等也有显著提高,其透光率接近100%,且不受硅溶胶的影响。2)以TEOS、MPS和亚磷酸三甲酯(TMP)为溶胶前驱物,采用上述技术手段制备出硅-磷二元溶胶/TPGDA分散液,并形成UV固化杂化涂层。研究发现：①引入磷元素后的溶胶的稳定性下降,但形成的杂化涂层耐磨性进一步提高；②溶胶中硅和磷元素具有明显的协同阻燃效应。与有机/硅溶胶体系相比,有机/硅-磷二元溶胶体系的热稳定性提高,残炭量增加,阻燃性进一步改善。3)采用无水溶胶-凝胶法基本去除硅溶胶和硅-磷二元溶胶结构上的羟基,并考察低羟基溶胶对杂化涂层性能的影响,同时引入商品化的UV固化含磷丙烯酸酯,进行对比研究。研究发现：①含低羟基溶胶的涂层其阻燃性仍有较大提升,但涂层耐磨性和耐刮性因羟基减少而下降,其透光率也因引入Ti元素后下降；②与添加UV固化含磷丙烯酸酯RAYLOK1722的涂层相比,含低羟基溶胶的涂层在阻燃性能和物理机械性能方面均有巨大优势。4)研究了MPS改性SiO2纳米粒子对有机/硅溶胶体系性能的影响。结果发现：①MPS改性SiO2纳米粒子具有增稠作用,导致涂料的黏度增加；②固化后涂层的耐磨性提高显著,但其光泽度有轻微降低；③涂层的阻燃性能(热释放峰值和释热总量)与不添加时相当,只在点燃时间方面有一定延长。5)考察了MPS改性ATO粉体(分散液)、低熔点玻璃粉和聚磷酸铵等对有机/硅-磷二元溶胶体系性能的影响。结果发现：①添加粉体的涂层热稳定性更好,残炭量从不添加时的28.3%整体提高到40%以上；阻燃性进一步改善,点燃时间延长,释热量明显降低；②添加粉体的涂层硬度优于添加前；但只有含低熔点玻璃粉的涂层耐磨性提升；含ATO的涂层可见光区透过率明显下降。6)采用MonteCarlo方法模拟研究溶胶前驱物配比对硅溶胶分散液稳定性的影响,以及硅溶胶分散液与SM6104混合后稳定性快速失效的原因。模拟发现：①不同原料配比的硅溶胶/TPGDA分散液中,TPGDA分子数含量差异是导致分散液稳定性变化的重要原因。此外,MPS的活性功能基少于TEOS,以及如果MPS-MPS之间缩聚反应活性低于TEOS-TEOS时,增加MPS含量也能降低缩聚反应速率,改善溶胶分散液的稳定性；②溶胶越晚与SM6104混合,或混合时间相同时溶胶前驱物MPS含量越多,涂料的稳定时间也越长。该模拟结果与实验获得实际情况完全一致,据此推断,SM6104分子结构上的活性羟基与溶胶中Si-OH发生反应是导致涂料稳定性变差的主要原因。
【作者】商丹；
【导师】施利毅；
【作者基本信息】上海大学，材料学，2014，博士
【关键词】溶胶-凝胶法；UV固化；阻燃；有机.无机杂化涂层；低羟基溶胶；MonteCarlo方法；

【参考文献】
[1]林宇佳,谷玉飒,郭远哲,张立民.企业创新投入与产出关系实证研究——基于医药行业上市公司的分析[J].会计之友,2014,19:71-78.
[2]陈颖.肿瘤相关巨噬细胞中EGFR活化对上皮性卵巢癌恶性行为的影响及机制研究[D].天津医科大学,肿瘤学,2014,博士.
[3]赵媛,唐光诗.氧化石墨增强高分子材料热电性能的初步研究[J].北京化工大学学报(自然科学版),2012,03:60-65.
[4]李万军.高比转数双吸离心泵内部流场数值模拟及叶轮切割分析[D].湖南科技大学,机械工程,2013,硕士.
[5]李大庆.W公司P产品装配线准时化生产系统方案研究[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[6]葛立荣.密钥隔离数学签名方案的设计与安全性分析[D].青岛大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[7]钱欣玉.13300TEU超大型集装箱船设计与结构分析技术研究[D].上海交通大学,船舶与海洋工程,2013,硕士.
[8]王颖燕.双频脑电指数在小儿脑瘫手术麻醉监测中的应用[D].北京中医药大学,中西医结合外科,2013,硕士.
[9]王立栋.论日耳曼法上的“以手护手”[D].中国政法大学,比较法学,2014,硕士.
[10]李鹏,吴敏,雷琪,曹卫华.基于多工况识别的焦炉燃烧过程多模态模糊专家控制(上)[J].冶金自动化,2008,02:10-15.
[11]吴福朝,胡占义.直线和圆一般参数化形式的研究[J].自动化学报,2000,05:577-601.
[12]席航波.二维胶体晶体熔化的结构和动力学研究[D].苏州大学,光学,2014,硕士.
[13]裴丽荣.活动教学法在初级汉语词汇教学中的具体运用[D].河北师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[14]卿艳飞.镀金时代中女性玛吉的悲剧[D].湖南师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[15]魏红宁.决策树剪枝方法的比较[J].西南交通大学学报,2005,01:44-48.
[16]匡纯琪.基于CAN总线的大型起重机吊装过程在线监测系统[D].广东工业大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[17]刘晓雅.云南农业生产要素配置研究[D].云南农业大学,农业经济管理,2013,硕士.
[18]刘远.火针补阳泻阴法治疗脑卒中后上肢肌张力增高的临床观察[D].福建中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2014,硕士.
[19]陈作舟,唐黎明,罗江玉,陈少杰,何一坚,陈光明.高冷凝温度下两级喷射式制冷系统研究[J].流体机械,2014,08:64-68.
[20]张海瑞.秸秆与皮革污泥混合成型燃料的燃烧特性研究[D].山东大学,热能工程,2013,硕士.
[21]徐宁.坚持科学发展观构建和谐三峡的对策研究[D].西南大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[22]张琦,吴斌,王柏.非平衡数据训练方法概述[J].计算机科学,2005,10:181-186.
[23]方原柏.双回路调节器的皮带秤称重程序设计[J].冶金自动化,1992,03:35-37+23-59.
[24]邹梦,冯民富,张华,朱瑞,罗鲲,李录明.三维叠前相干干扰的正交多项式拟合压制方法[J].石油地球物理勘探,2014,03:475-479+415.
[25]张苹.激波诱导气相流场中的颗粒群输运规律研究[D].浙江理工大学,流体机械及工程,2013,硕士.
[26]王康琪.智能电网环境中基于动态价格的需求响应策略[D].中国科学技术大学,模式识别与智能系统,2014,硕士.
[27]谢岩黎,朱晓路,王芬.常用微胶囊壁材的分子结构及流变学特性的研究[J].现代食品科技,2015,05:.
[28]张斌.物联网时代信息安全面临的挑战研究[J].电子制作,2015,04:147.
[29]宋剑明.论我国社会救助制度[D].湘潭大学,法律,2003,硕士.
[30]唐艳秋.提高面阵CCD成像系统动态范围研究[D].中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）,光学工程,2012,硕士.
[31]张启灿.动态过程三维面形测量技术研究[D].四川大学,2005.
[32]崔颖.中美高校图书馆数字参考咨询服务比较研究[D].吉林大学,图书馆学,2014,硕士.
[33]王太职.清水李崖遗址西周遗存分析[D].西北大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[34]白一龙.sirt1激活剂细胞筛选模型建立及初步应用[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[35]李娟娟.TRIPS时代网络版权保护技术措施研究[D].复旦大学,国际法学,2012,硕士.
[36]马壮,杨善林,胡小建.贝叶斯网结构学习的研究现状及发展趋势[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2005,08:833-838.
[37]王峰.唐代莫高窟菩萨开相研究[D].江南大学,美术学,2012,硕士.
[38]王英红.建筑安全管理人才培养模式创新研究[D].首都经济贸易大学,安全工程（专业学位）,2013,硕士.
[39]唐昊,奚宏生,殷保群.Markov控制过程在紧致行动集上的迭代优化算法[J].控制与决策,2003,03:267-271.
[40]王海华.面向大规模定制的供应链管理研究和应用[D].南京理工大学,2005.
[41]郭欢.石墨烯/MoO_2-石墨烯有机体系电化学混合电容器的研究[D].陕西师范大学,2014.
[42]陈名.GaAs晶体管管芯的研究[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2014,硕士.
[43]周奕.新余市仙女湖风景区营销策略选择[D].江西农业大学,企业管理,2012,硕士.
[44]韩丽媛.公费师范生的教师角色意识与影响因素研究[D].东北师范大学,高等教育学,2012,硕士.
[45]肖燕.高职高专学生思想政治理论课实践性教学研究[D].云南大学,思想政治教育,2012,硕士.
[46]CAOYUAN.隐形的规训-《天黑前的夏天》的空间理论解读[D].西安外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[47]王宝平.基于ARM-Linux的北斗定位终端的研究[D].南昌航空大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[48]陈彤,詹明秀,林晓青,李晓东,陆胜勇,严建华.特定污泥干化过程中二恶英抑制气体排放特性[J].浙江大学学报(工学版),2015,02:322-329.
[49]王新彦.熔体包裹体均一实验及熔体水含量测试方法研究[D].中国地质大学（北京）,地球化学,2014,硕士.
[50]李琳.张明宝交通肇事案研究[D].黑龙江大学,法律,2013,硕士.