漆酚基納米SiO2復(fù)合涂膜的制備及其性能研究

徐敏 蘇雪怡 范思璇 謝佳偉 張萌霞

摘 要：采用漆酚、納米 SiO2、氟硅樹(shù)脂為原料制備復(fù)合涂膜，并對(duì)復(fù)合涂膜進(jìn)行了涂膜常規(guī)物理性能、抗紫外線性能、抗溶劑性能、耐化學(xué)介質(zhì)性能測(cè)試分析。結(jié)果表明，漆酚基納米SiO2復(fù)合涂膜是綜合性能優(yōu)良的環(huán)保復(fù)合涂膜。

關(guān)鍵詞：漆酚;納米SiO2;復(fù)合涂膜;性能

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)本科生科研立項(xiàng)資助 XBMU-BYL19042

引言

中國(guó)生漆是一種天然可再生環(huán)保樹(shù)脂涂料，素有“涂料之王”的美譽(yù)，具有耐腐蝕、耐磨、耐酸、阻水等優(yōu)異性能而備受重視，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、基礎(chǔ)建設(shè)、民用家具等諸多領(lǐng)域，然而傳統(tǒng)生漆存在黏度大、易致敏、成膜條件苛刻、難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化噴涂、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高、效率低、產(chǎn)量小等不足，使其工業(yè)化生產(chǎn)嚴(yán)重受阻 [1]。生漆的主要成膜成分為漆酚，因此生漆的研究主要基于漆酚的改性研究。有研究發(fā)現(xiàn)氟硅樹(shù)脂改性漆酚樹(shù)脂的漆膜具有良好的相容性，并且物理機(jī)械性能，耐熱、耐酸堿性及耐老化性能大大提高[2]。研究證實(shí)，納米SiO2的尺寸效應(yīng)使其具有特殊的光學(xué)性能，可以強(qiáng)烈地反射紫外線，大大減少紫外線對(duì)有機(jī)高聚物的降解作用[3]。而且加入納米粒子后，納米粒子表面與聚合物基體間可形成強(qiáng)相互作用，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更緊密，從而使涂膜的抗溶劑性進(jìn)一步提高[4]。因此，本研究擬在氟硅樹(shù)脂/漆酚的復(fù)合體系中加入納米SiO2，旨在通過(guò)三種材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)制備出耐老化環(huán)保復(fù)合涂膜。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料與試劑

漆酚（U），乙醇法從生漆中提取，含量94%;氟硅樹(shù)脂（HFR），固化劑，無(wú)水乙醇、二甲苯、醋酸丁酯、甲苯、丙酮、石油醚、H2SO4、NaOH、NaCl（均為分析純），SiO2（納米級(jí)）。

1.2試樣制備

以U、HFR為原料，按照表2.1的比例混合，磁力攪拌器攪拌30min，混合均勻。將納米SiO2按0%、2%（SiO2占樹(shù)脂總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）加入到混合組分中，加入固化劑，超聲分散1h。按照GB 1727-1992，將混合組分涂布在經(jīng)過(guò)預(yù)處理的馬口鐵片上。常溫干燥。

1.3性能測(cè)試

1.3.1常規(guī)物理機(jī)械性能

試樣實(shí)干后分別采用下列國(guó)標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，干燥時(shí)間GB/T1728-1979，附著力GB/T1720-1979，光澤度GB/T1743-1989，硬度GB/T6739-2006，耐沖擊強(qiáng)度GB/T1732-1993。

1.3.2抗紫外線性能

涂膜實(shí)干后置于波長(zhǎng)為265nm，光強(qiáng)度為80uw/cm2的紫外殺菌燈下照射，每隔200h測(cè)定一次試樣的光澤度，以失光率/%=（原始光澤度-老化后光澤度）÷原始光澤度×100%衡量耐紫外線性能。

1.3.3抗溶劑性性能

涂膜實(shí)干后浸泡（稱重記為m1）于二甲苯、乙酸丁酯、二甲苯、石油醚、無(wú)水乙醇中，72h后傾去上層溶液，不溶物烘干再稱重記為m2。以（m1-m2）÷m1×100%來(lái)衡量抗溶劑性。

1.3.4耐化學(xué)介質(zhì)性能

涂膜實(shí)干后分別浸泡于10%NaOH、30%NaOH、10%H2SO4、30%H2SO4、10%NaCl中，室溫下放置7d。以膜起皺、變色或龜裂為腐蝕標(biāo)志。

2 結(jié)果與討論

2.1常規(guī)物理機(jī)械性能

表2.1 樣品的物理機(jī)械性能

由表2.1可看出試樣表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間都隨著氟樹(shù)脂含量的提高而縮短。這可能是由于HFR中羥基上的氫比漆酚中羥基上的氫活潑，異氰酸酯更易于與HFR中的羥基發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，所以隨著氟樹(shù)脂含量的提高，漆膜表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間逐漸縮短[5]。本實(shí)驗(yàn)中，隨著氟樹(shù)脂含量的減少，試樣涂膜的綜合性能下降。未加入HFR和納米SiO2的樣品5的附著力、光澤度和硬度都最差，以上數(shù)據(jù)可說(shuō)明氟樹(shù)脂和的加入可以提高漆酚的附著力和硬度、光澤度。

2.2耐紫外線性能

表2.2 樣品的耐紫外線性能

由表2.2可知，復(fù)合體系的耐紫外線性能與普通漆酚涂膜相比大大提高，由于HFR/SiO2/漆酚復(fù)合體系較漆酚涂膜致密程度大，分子鏈間作用力強(qiáng)，紫外線對(duì)復(fù)合體系的破壞就減弱了[6]。5號(hào)樣品耐紫外線性能最差，說(shuō)明納米SiO2的加入對(duì)復(fù)合體系的耐紫外線性能有提高作用。這是由于 SiO2以納米尺寸均勻分布于HFR/SiO2/漆酚復(fù)合體系中，納米 SiO2的尺寸效應(yīng)使納米 SiO2有特殊的光學(xué)性能，其可以強(qiáng)烈地反射紫外線，大大減少紫外線對(duì)有機(jī)高聚物的降解作用，提高漆酚基納米SiO2復(fù)合涂膜的抗紫外線性能[7]。

2.3抗溶劑性能

表2.3 樣品的抗溶劑性能

由表 2.3 可見(jiàn)，漆酚基納米SiO2復(fù)合涂膜抗溶劑性良好，對(duì)二甲苯、石油醚、無(wú)水乙醇這三種有機(jī)溶劑的抵抗性能比對(duì)乙酸丁酯、丙酮的抵抗性能強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)中，加入納米SiO2的復(fù)合涂膜抗溶劑性能優(yōu)于傳統(tǒng)漆酚涂膜。可能是漆酚基納米SiO2復(fù)合涂膜教傳統(tǒng)漆酚涂膜致密程度大，較不易被溶解和洗脫。加入納米粒子后，納米粒子表面（或OMMT片層）與聚合物基體間可形成強(qiáng)相互作用，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更緊密，從而使涂膜的抗溶劑性進(jìn)一步提高。由表 2.3 還可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，耐溶劑性能最好的是樣品2。

2.4 耐化學(xué)介質(zhì)性能

由表2.4可以看出，在H2SO4、NaOH、NaCl這些溶液中浸泡七天后，所有樣品涂膜均未出現(xiàn)起皺、起泡、龜裂等現(xiàn)象。說(shuō)明漆酚基納米復(fù)合涂膜的耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能優(yōu)良。這是因?yàn)槠岱雍虷FR中的羥基固化劑中的異氰酸根基團(tuán)反應(yīng)形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚合物膜，會(huì)大大提高得到的漆膜的致密性，H2O、H2SO4、NaCl、NaOH這些小分子不易浸入。又因?yàn)榧{米SiO2能填充分子運(yùn)動(dòng)孔穴，H2O、H2SO4、NaCl、NaOH很難浸入膜的內(nèi)部[5]。

3 結(jié)論

以漆酚、納米SiO2、氟硅樹(shù)脂為原料成功制備了漆酚基納米SiO2復(fù)合涂膜。相比傳統(tǒng)漆酚涂膜，該涂膜的干燥速度、附著力、光澤度、硬度、耐沖擊性、抗溶劑性、耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性、抗紫外線性能均有較明顯的提高。而且，本研究屬于綠色環(huán)保涂膜，符合環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)，且其制備成本低，成膜效率高，值得進(jìn)一步探討其應(yīng)用。

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