阮億明

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351254）

紫外光固化漆酚基納米復(fù)合涂料性能的對比分析

阮億明

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 莆田 351254）

將紫外光固化技術(shù)與有機(jī)/無機(jī)納米雜化材料制備技術(shù)相結(jié)合，以可再生天然生漆為主要原料，制得了紫外光固化漆酚和紫外光固化漆酚基納米SiO2/TiO2/ZnO/OMMT的4種復(fù)合涂料。對比分析了其與漆酚甲醛縮聚物的常規(guī)物理機(jī)械性能、抗紫外線性能、抗溶劑性和耐化學(xué)介質(zhì)性能。結(jié)果表明，紫外光固化漆酚和以其為基礎(chǔ)的4種納米復(fù)合涂料的各項(xiàng)性能均較漆酚甲醛縮聚物有較大提高。

紫外光固化；漆酚；納米復(fù)合涂料；性能

紫外光（UV）固化涂料不含有機(jī)溶劑，對環(huán)境污染小，固化速度快，節(jié)省能源，固化產(chǎn)物性能好，適合高速自動(dòng)化生產(chǎn)線和對熱敏感的基材的涂布，近年來得到迅猛發(fā)展［1］。另一方面，由于有機(jī)/無機(jī)雜化材料綜合了有機(jī)、無機(jī)和納米材料的優(yōu)良特性，因而受到研究者的廣泛關(guān)注。若將紫外光固化技術(shù)與有機(jī)/無機(jī)雜化技術(shù)相結(jié)合，則有望制得綜合性能優(yōu)異的綠色涂料。

中國生漆是天然可再生資源，主要應(yīng)用是制成漆酚甲醛縮聚物（PUF），其涂膜各項(xiàng)理化性能優(yōu)異，應(yīng)用已久。生漆的主要成分漆酚是一種優(yōu)良的紫外光固化單體，在不加光引發(fā)劑的條件下，紫外光照射幾分鐘即可固化成膜。將紫外光固化技術(shù)與有機(jī)/無機(jī)雜化技術(shù)相結(jié)合，制得了紫外光固化漆酚和紫外光固化漆酚基納米SiO2/TiO2/ZnO/OMMT的4種復(fù)合涂料。比較分析了紫外光固化漆酚、4種復(fù)合涂料和漆酚甲醛縮聚物的各項(xiàng)理化性能，為進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用生漆提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料與試劑

漆酚，采用酒精法從天然生漆中提取，含量為94%；無水乙醇、二甲苯、H2SO4、NaOH、NaCl（均為分析純）；SiO2、TiO2、ZnO、OMMT（均為納米級(jí)）。

1.2試樣制備

紫外光固化漆酚（UV-U）的制備：將無水乙醇（50%）加入漆酚（50%）中，超聲波振蕩30min，均勻涂布于潔凈的玻璃片和馬口鐵片上，用可變速傳送帶將其送入GY.UV2KW/Ⅱ（S）紫外光固化機(jī)（高壓汞燈，波長365nm，光功率密度為133 W·cm-1）中，在空氣中照射2.0min，控制固化后膜厚約20μm。馬口鐵片上的固化膜用于常規(guī)物理機(jī)械性能、抗紫外線性能和耐化學(xué)介質(zhì)性能和測試。將玻璃片上的固化膜用刀片剝下，用于抗溶劑性測試。

紫外光固化漆酚基納米復(fù)合涂料（UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ZnO和UV-U/OMMT）的制備：按納米粒子（SiO2/TiO2/ZnO/OMMT）∶無水乙醇∶漆酚=5∶50∶45質(zhì)量配比制備，方法同紫外光固化漆酚的制備。

1.3性能測試

1.3.1常規(guī)物理機(jī)械性能

將試樣涂膜于馬口鐵片上，紫外光固化后測定。涂膜硬度用QHQ型漆膜鉛筆劃痕硬度儀，按GB/T 6739-1996A測定；涂膜附著力用QFZ型漆膜附著力試驗(yàn)儀，按GB/T 1720-1989測定；涂膜光澤度用QZX-60A型鏡向光澤計(jì)，按GB/T 1743-1989測定；涂膜耐沖擊強(qiáng)度用QCJ型沖擊器，按GB/T 1732-1993測定；涂膜柔韌性用QTY-10A 型柔韌性儀，按GB/T 1731-1993測試。

1.3.2抗紫外線性能

將試樣涂膜于馬口鐵片上，紫外光固化后置于波長為253.7nm，光強(qiáng)度為86W·m-2的石英紫外殺菌燈下照射，每隔200h測定一次涂膜的光澤度，以失光率來衡量涂膜的抗紫外線性能。

1.3.3抗溶劑性

將試樣涂膜于玻璃片上，紫外光固化，將固化膜剝下，稱重記為m1。將其浸泡于二甲苯中，10h后傾去上層溶液，不溶物烘干再稱重記為m2。以（m1-m2）÷m1×100%來衡量涂膜的抗溶劑性。

1.3.4耐化學(xué)介質(zhì)性能

將試樣涂膜于馬口鐵片上，紫外光固化后分別浸泡于蒸餾水、10% H2SO4、30% H2SO4、10% NaOH、40% NaOH、5% 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

PUF、UV-U、UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ZnO和UV-U/OMMT的常規(guī)物理機(jī)械性能見表1。由表1可見，①通過紫外光固化制得的漆酚基涂料，不管是否加入納米粒子，其硬度、附著力、耐沖擊性和柔韌性都較傳統(tǒng)的溶劑型PUF優(yōu)異，特別是硬度較PUF有較大提高，這可能是由于紫外光固化膜與PUF涂膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元及大分子鏈凝聚態(tài)不同［2］。紫外光固化膜致密程度較PUF大，因此硬度和耐沖擊性較PUF有較大提高。同時(shí)，由于具有長鏈的齊聚體鏈段，附著力和柔韌性也較PUF涂膜優(yōu)異。②紫外光固化漆酚基納米復(fù)合涂膜的硬度較紫外光固化漆酚基涂膜有進(jìn)一步的提高，可能是由于光固化納米復(fù)合膜中納米粒子與有機(jī)基體的比界面大，結(jié)合力強(qiáng)，對有機(jī)材料如同剛性鏈條一樣起著增強(qiáng)作用，提高了光固化納米粒子復(fù)合膜的硬度［3］。③通過紫外光固化技術(shù)制得的涂膜的光澤度較PUF差，可能是由于紫外光固化涂料在快速固化的過程中，體系的體積收縮速度非?？?，而PUF涂膜是通過有機(jī)溶劑的逐漸揮發(fā)形成的。

表1　紫外光固化漆酚基納米復(fù)合涂料的常規(guī)物理機(jī)械性能Tab1 The physic-mechanical properties of UV curing nanocomposites coatings based on urushiol

2.2抗紫外線性能

PUF、UV-U、UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ ZnO和UV-U/OMMT的抗紫外線性能見表2。由表2可見，①通過紫外光固化技術(shù)制得的涂膜的抗紫外線性能比PUF涂膜強(qiáng)。一方面，可能是由于紫外光固化膜較PUF涂膜致密程度大，分子鏈間作用力強(qiáng)，紫外線對涂膜的破壞就減弱了。另一方面，可能是由于π電子易在紫外光作用下，吸收能量發(fā)生π-π*躍遷，致使高分子鏈發(fā)生斷裂，而紫外光固化膜中漆酚苯環(huán)側(cè)鏈不飽和鍵π電子的濃度較PUF涂膜低，所以抗紫外線性能較好［4］。②紫外光固化納米粒子復(fù)合涂膜的抗紫外線性能較未加入納米粒子前有進(jìn)一步提高。這是由于SiO2以納米尺寸均勻分布于復(fù)合光固化膜中，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，大大減少紫外線對有機(jī)高聚物的降解作用，提高UV-U/SiO2光固化膜的抗紫外線性能［5］。納米ZnO粒子對紫外線具有吸收作用，相對減弱了對有機(jī)高聚物的破壞，因而提高了UV-U /ZnO的抗紫外線性能。OMMT片層在光固化膜中以納米尺寸無規(guī)分布，起著類似光屏蔽劑的作用，阻止了紫外光對較深層的聚合物的破壞，從而延緩了光固化膜的老化，提高了抗紫外線性能［6］。紫外光固化納米粒子復(fù)合涂膜中，UV-U /TiO2的抗紫外線性能最好，可能是由于納米TiO2具有優(yōu)越的光學(xué)性能，既能散射紫外線（200～400nm），又能吸收紫外線，其屏蔽紫外線的能力最強(qiáng)。

表2　紫外光固化漆酚基納米復(fù)合涂料的抗紫外線性能Tab.2 Gloss loss of UV curing nanocomposites coatings based on urushiol

2.3抗溶劑性和耐化學(xué)介質(zhì)性能

PUF、UV-U、UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ZnO和UV-U/OMMT的抗溶劑性和耐化學(xué)介質(zhì)性能見表3。由表3可見，通過紫外光固化技術(shù)制得的涂膜的抗溶劑性能比PUF涂膜明顯提高，可能是由于紫外光固化膜較PUF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3還可見，紫外光固化膜均具有優(yōu)良的耐化學(xué)介質(zhì)性能，特別是耐堿性較PUF涂膜優(yōu)異?？赡苁怯捎谧贤夤夤袒螅磕ぶ衅岱由系姆恿u基大大減少。

表3　紫外光固化漆酚基納米復(fù)合涂料的抗溶劑性和耐化學(xué)介質(zhì)性能Tab3 Resistance against organic solvent and chemical medium of UV curing nanocomposites coatings based on urushiol

3　結(jié)論

與傳統(tǒng)的溶劑型漆酚甲醛縮聚物涂膜相比，紫外光固化漆酚涂膜和紫外光固化漆酚基納米SiO2/ TiO2/ZnO/OMMT的4種復(fù)合涂膜的硬度、附著力、耐沖擊性、柔韌性、抗紫外線性能、抗溶劑性和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕性能均有較明顯的提高。另外，通過紫外光固化技術(shù)制得的漆酚基復(fù)合涂料固體分含量極高，屬于綠色涂料，符合環(huán)保發(fā)展趨勢，且其涂裝成本低，涂裝效率高，值得進(jìn)一步探討其應(yīng)用。

［1］ Fouassier J P，Rabek J F.Radiation curing in Polymer Science and Technology［M］.New York： Elsevier Applied Science，1993： 1-47.

［2］ 徐國財(cái)，馬家舉，邢宏龍，等.原位分散紫外光固化SiO2納米復(fù)合材料的性質(zhì)［J］.應(yīng)用化學(xué)，2000，17（4）：450-452.

［3］ 王璧，徐瑞芬，丁雪佳.PMMA/TiO2納米復(fù)合粒子的制備及初步應(yīng)用研究［J］.北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，33（2）：72-75.

［4］ 鄧豐.腰果酚基復(fù)合涂料的研究［D］.福州：福建師范大學(xué)，2007.

［5］ 童忠良.納米化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：240.

［6］ 劉建桂.漆酚甲醛縮聚物/無機(jī)物雜化材料的研究［D］.福州：福建師范大學(xué)，2006.

Properties Comparative Analysis of UV-curable Urushiol Nanocomposite Coating

RUAN Yi-ming
（Meizhouwan Vocational Technology College， Putian 351254， China）

The UV-curable technology was combined with organic/ inorganic hybrid nano materials preparation technology， applied renewable natural lacquer as the main raw material， four species composite coatings of Nano SiO2/ TiO2/ ZnO / OMMT were prepared by UV curing urushiol and UV curing urushiol. The conventional mechanical properties， UV resistance， solvent resistance and chemical resistance properties of urushiol formaldehyde condensates， were analyzed. The results showed that the properties of UV-curable urushiol and its four nano-composite coatings were improved greatly.

UV curing； urushiol； nano-composite coatings； performance

TQ 637.6

A

1671-9905（2015）12-0015-03

阮億明（1964-），本科，福建仙游人，副教授，主要研究方向?yàn)樽贤夤夤袒苛系难芯?。電話?3850219505，E-mail：rym-0594@163.com

2015-10-16