纳米SiO2/有机硅原位杂化材料的研究及应用

论文摘要

传统的杂化方法主要是通过硅烷偶联剂对无机纳米粒子进行表面改性,使经过硅烷偶联剂表面改性后的纳米粒子表面由疏油性变为亲油性,从而使无机纳米粒子较容易分散到有机高分子基体中,并且通过硅烷偶联剂中的有机结构与有机高分子连段缠绕在一起,从而达到了无机纳米粒子在有机相中均匀的分散。但是经过硅烷偶联剂进行表面改性的纳米粒子不是与有机相主体发生化学反应,这导致了硅烷偶联改性的无机纳米粒子仍能从有机高分子集体中抽离脱落。本文通过原位生成的方法制备纳米SiO2/有机硅杂化材料,使得纳米SiO2以氢键的形式在有机硅树脂中形成纳米SiO2无机网络,并且能使无机相均匀稳定地分散在有机相中。首先使正硅酸乙酯和有机硅树脂充分互溶,通过水解溶胶-凝胶法在有机硅树脂中原位生成纳米SiO2无机网络,并且由于纳米SiO2无机网络的加入,增强了涂料涂膜的韧性、耐磨、耐温和硬度等性能。本文以正硅酸乙酯、有机硅树脂、25%的氨水为主要原料制备了一种新型纳米SiO2/有机硅树脂原位杂化材料。再用杂化材料与环氧丙烯酸树脂和脂肪族聚氨酯丙烯酸树脂进行复配得到无机/有机杂化涂料的热稳定性和力学性能进行检测。主要研究内容包括:（1）采用正硅酸乙酯水解缩溶胶-凝胶法制备纳米SiO2/有机硅树脂原位杂化材料,并对其进行了红外光谱表征,结果表明,红外谱图上的3430cm-1和1645 cm-1附近的峰是Si-OH的氢键缔合作用峰,表明可能是纳米SiO2在有机硅树脂中以氢键的形式存在,间接证明了制备产物为纳米SiO2/有机硅树脂互穿网络结构。对反应条件进行优化,确定实验水解温度控制在20℃～30℃之间,以N,N-二甲基甲酰胺液为溶剂,产物性能非常稳定,静止一个月未发生凝胶或交联现象。（2）有机硅树脂与纳米二氧化硅以不同比例杂化得到的杂化材料对涂膜耐磨性能、附着力和固化时间的影响,确定有机硅树脂与纳米二氧化硅的最佳杂化比例为纳米二氧化硅在有机硅树脂中的百分含量为35%;通过FIIR、SEM、TG等检测手段对杂化材料进行表征。从化学结构和微观结构推测杂化材料可能具有的优势。（3）对涂层的附着力、硬度、耐磨性、耐温性及抗冲击性测定,确定杂化材料在复合涂料体系中的最佳加入量为16%,耐磨性能达到最好质量损失3.3mg,硬度为6H,附着力为1级,抗冲击性为50Kg·cm;从化学键及根据微观结构特性推测解释杂化材料提高涂层的附着力、硬度、耐磨性、耐温性及抗冲击性原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无机/有机杂化材料的分类
• 1.2 纳米无机/有机杂化材料
• 1.3 纳米无机/有机杂化材料的制备方法
• 1.3.1 溶胶-凝胶法
• 1.3.2 混合法
• 1.3.3 插层法
• 1.3.4 原位聚合法
• 1.4 无机/有机杂化材料的研究进展
• 1.4.1 结构材料
• 1.4.2 电学材料
• 1.4.3 光学材料
• 1.4.4 生物材料
• 1.5 无机/有机杂化涂料的应用
• 1.5.1 防腐涂料
• 1.5.2 抗菌涂料
• 1.5.3 隔热涂料
• 1.5.4 耐磨涂料
• 1.5.5 防老化涂料
• 1.6 论文研究意义
• 2/有机硅原位杂化材料的合成'>第二章 纳米Si0₂/有机硅原位杂化材料的合成
• 2/有机硅原位杂化材料的制备'>2.1 纳米Si0₂/有机硅原位杂化材料的制备
• 2.1.1 实验原料及仪器设备
• 2.1.2 杂化实验过程
• 2.1.3 涂层性能测试方法
• 2.2 结果与讨论
• 2/有机硅原位杂化材料制备原理'>2.2.1 纳米Si0₂/有机硅原位杂化材料制备原理
• 2.2.2 正交实验
• 2/有机硅原位杂化材料实验条件优化'>2.2.3 纳米Si0₂/有机硅原位杂化材料实验条件优化
• 2/有机硅杂化材料性能的影响'>2.2.4 TEOS 水解时间对纳米Si0₂/有机硅杂化材料性能的影响
• 2/有机硅杂化材料性能的影响'>2.2.5 TEOS 水解温度对纳米Si0₂/有机硅杂化材料性能的影响
• 2含量对纳米Si0₂/有机硅杂化材料附着力及硬度的影响'>2.2.6 纳米Si0₂含量对纳米Si0₂/有机硅杂化材料附着力及硬度的影响
• 2含量对纳米Si0₂/有机硅杂化材料耐磨性能的影响'>2.2.7 纳米Si0₂含量对纳米Si0₂/有机硅杂化材料耐磨性能的影响
• 2含量对纳米Si0₂/有机杂化材料抗冲击性能的影响'>2.2.8 纳米Si0₂含量对纳米Si0₂/有机杂化材料抗冲击性能的影响
• 2含量对纳米Si0₂/有机硅杂化材料耐介质性能的影响'>2.2.9 纳米Si0₂含量对纳米Si0₂/有机硅杂化材料耐介质性能的影响
• 2 含量对杂化材料涂膜固化时间的影响'>2.2.10 纳米Si0₂含量对杂化材料涂膜固化时间的影响
• 2.3 纳米Si02/有机硅原位杂化材料表征
• 2.3.1 红外光谱表征
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）表征
• 2.3.3 TG 和DTA 表征
• 2.4 本章小结
• 2/有机原位杂化涂料的配制'>第三章 纳米Si0₂/有机原位杂化涂料的配制
• 3.1 实验试剂及设备
• 2/有机杂化涂料的配制'>3.2 纳米Si0₂/有机杂化涂料的配制
• 2/有机杂化涂料配方'>3.2.1 纳米Si0₂/有机杂化涂料配方
• 2/有机杂化涂料的制备工艺'>3.2.2 纳米Si0₂/有机杂化涂料的制备工艺
• 3.2.3 性能检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 杂化材料用量对涂膜柔韧性及附着力的影响
• 3.3.2 杂化材料用量对涂膜抗冲击及耐磨性能的影响
• 3.3.3 杂化材料用量对涂膜耐介质性能能的影响
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A：攻读学位期间发表的论文