白炭黑种类对UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的性能影响

白炭黑种类对UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料

的性能影响TheinfluenceofdifferenttypesofsilicatoUV-curablePUA内容摘要以聚丙烯酸酯预聚物为主体，添加光引发剂制备紫外光(UV)固化聚氨酯材料。用DSC测试其固化时间、红外测试固化前后官能团的变化。同时对添加不同种类，不同份数白炭黑的填料的UV固化膜进行性能测试。研究表明：当加入总量的15%的经过表面处理的白炭黑，所得的材料有最好的力学性能以及较好的耐水性。关键词：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白炭黑种类对UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的性能影响光固化涂料主要指在紫外光照射下迅速交联固化成膜的一类新型材料，因其高效涂装固化和环境友好特征，已为世界涂料行业和绝大多数的管理机构所认可。光固化涂料自从20世纪60年代由Bayer公司成功商业化以来，技术上不断成熟、创新，原材料品种性能不断发展，已由当初仅适用于木器涂装，拓展到现在大量用于纸张、塑料、金属、玻璃、陶瓷等多种基材，而且正朝着功能化方向发展。聚氨酯丙烯酸酯是一类重要的光固化交联性树脂其应用广泛程度仅次于环氧丙烯酸酯。［1］它是在聚氨酯的基础上，分子链末端通过丙烯酸酯化引入双键，使用过程中经光照，在光引发剂的作用下引发双键交联反应的一种低聚物。［2,3］聚氨酯丙烯酸酯兼具丙烯酸和聚氨酯两种涂料的优点，其反应活性高、固化速率快，具有优异的柔韧性、附着力、耐低温性、耐磨性、耐化学品性以及弹性。［4,5］本实验用聚丙烯酸酯预聚物（MR-1305）、光引发剂（安息香乙醚）制备一系列UV固化聚氨酯丙烯酸酯涂料，通过添加不同种类白炭黑（未处理、煅烧处理、表面处理）对其进行改性，并进行性能测试及表征。1实验部分实验原料聚氨酯丙烯酸酯预聚物MR-1305、安息香乙醚：国药集团化学试剂有限公司、湿法白炭黑。UV固化涂料的制备1.2.1白炭黑的处理

取100g未经处理的湿法白炭黑，置于马弗炉中，设定温度600°C干燥2小时，取50g干燥后的白炭黑、100mL无水乙醇和0.5g硅烷偶联剂KH570配成的溶液于三口瓶中，加入搅拌装置并在80C水浴条件下搅拌，待无水乙醇完全蒸出后取出表面处理的白炭黑，在干燥箱中常温干燥，备用。1.2.2UV固化涂膜的制备将一定量的MR-1305配以相应比例的光引发剂安息香乙醚，并分别配以5%、10%、15%、20%的未处理湿法白炭黑、干燥处理后的白炭黑以及表面处理的白炭黑，室温下混合均匀后涂抹于玻璃板上，放置于紫外灯下固化完全。1.3UV固化性能测试及表征红外测试采用Nexus670型傅里叶变换红外光谱仪（美国热电集团尼高力分子光谱仪器公司）分析UV固化前后聚合物官能团的变化。DSC分析将固化不同时间所成的膜采用CDR-34P型差动热分析仪（上海精密科学仪器有限公司）测定聚合物的反应程度。测定温度范围为18〜300C,升温速率10C/min。1.3.3力学性能测试通过CMT4254型微机控制电子万能实验机测试其拉伸强度，参照标准为GB/T1040、硬度测试：邵氏硬度法1.3.4耐水性测试将膜剪成1cmX1cm的小块于蒸馏水中放置一段时间，分别称取浸泡前后的质量。2结果与讨论2.1UV固化性能表征2.1.1固化时间的测定图1为在不同固化时间条件下，未加入白炭黑的聚氨酯丙烯酸酯膜的DSC分析，图中a，b，c，d四条线分别为固化时间为0s，30s，45s，60s的曲线，从据。中可以看出当固化时间为45s时，该样品已经固化完全。表1为各个样品峰值数据。表1不同固化时间样品峰值参数时间起始温度峰值温度终止温度焓值

（S）(°C)(C)(C)(J/g)0195213235287.0430198.7228.1267.8108.4345203.6232.2268.376.560204240.7273.975.5图1固化不同时间DSC分析图2.1.2红外谱图测试图2为聚氨酯丙烯酸酯固化前后的红外谱图，a为未经过固化的原料谱图,b固化完全的交联膜谱图。可以看出a图中出现1635cm-1处的C=C的伸缩振动，1408cm-1处C-H面内弯曲震动和810cm-1处C-H面外弯曲震动吸收峰，说明含有丙烯酸酯基团。在b图中1635cm-1处峰值完全消失，这表明完全固化后低聚物在光引发剂的条件下产生了光交联，使得双键消失。图2固化前后膜的红外谱图2.2交联膜的性能2.2.1力学性能不同种类的白炭黑所制成的聚氨酯丙烯酸酯交联膜的力学性能见表1，不同份量的同种白炭黑制备的交联膜性能见表2，从表1表2中可以看出，当加入的白炭黑经过硅烷偶联剂KH570处理时所成的膜的力学性能高于添加其余两种白炭黑的膜，这是因为未处理的白炭黑分散性不好，容易造成应力集中，使得力学

性能下降。加入的二氧化硅份数为15%时，该膜的力学性能都最良好。这是因为随着白炭黑加入量的增多，其粒子间相互作用增强，对材料的形变有一定的抑制作用，但相互作用过强会造成拉伸强度的下降。表215%不同种类白炭黑成膜力学性能数据样品拉伸强度/Mpa邵氏硬度未处理白炭黑5.3590煅烧处理白炭黑7.2391.1表面处理白炭黑8.395表3不同份量表面处理白炭黑成膜力学性能数据样品拉伸强度/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耐水性能不同种类及用量的白炭黑对成膜的吸水率影响如图3所示。从图中可以看出随着白炭黑用量的增多，材料吸水率有所上升，这是因为白炭黑表面有羟基存在，所以白炭黑用量增多，材料的耐水性逐渐下降，但不是十分明显。图中还反应出煅烧处理和表面处理的白炭黑吸水率均低于未处理的白炭黑。43210%率水吸43210%率水吸未处理一•-煅烧处理—表面处理5%10%15%20%白炭黑份数图3白炭黑对材料耐水性能影响3结论本文以MR-1305，安息香乙醚，以及未处理、煅烧处理以及表面处理的白炭黑为原料制成了一种光固化材料，进过DSC测试，该材料在紫外灯照射45秒后可以完全固化，红外测试表明固化前后官能团的变化。当加入15%经过表面处理的白炭黑，该材料拉伸强度达到8.3，邵氏硬度95，具有良好的力学性能与较好的耐水性。参考文献杨建文、曾兆华、陈用烈•光固化涂料及应用[M].化学工业出版社.2005.1王锋，胡剑青，涂伟萍.UV固化低聚物及其涂料研究进展[J]•热固性树脂,2007,22(3):41—46.MillerHC.UV/EB－cureurethaneacrylateandepoxyacryla