納米凹凸棒無機 有機共聚物涂料的研究

1、納米凹凸棒無機/有機共聚物涂料的研究楊保平 , 崔錦峰 , 周應萍 , 郭軍紅 , 劉詩鑫 , 韓培亮( 蘭州理工大學石油化工學院 , 蘭州 730050) 摘 要 : 以等物質的量的甲苯二異氰酸酯、丙烯酸 - β - 羥乙酯加成 , 此加成物與納米凹凸棒表面的羥基官能團再次進行加成反應 , 反應生成表面結合有雙鍵的納米凹凸棒無機 / 有機活性中間體 ; 該中間體分子結構中無機凹凸棒單元尺寸小 (30 ～

2、 50 nm) , 雙鍵能與其他雙鍵 ( 丙烯酸及其酯 ) 類單體共聚 , 形成納米凹凸棒 / 有機共聚物 ; 以該共聚物為基料 , 與顏料、填料和助劑復配制備的涂料具有良好的抗蝕性、耐熱性、耐磨性和自潔性。對活性體及其共聚物進行了 FT - IR 、 TGA 、 SEM 表征。關鍵詞 : 納米凹凸棒 ; 無機 / 有機共聚物 ; 結構表征0 引 言凹凸棒是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物 , 兩

3、層硅氧四面體夾一層鎂 ( 鋁 ) 氧八面體 , 微米級的凹凸棒作為吸附劑、流變改進劑、材料添加劑已廣泛用于脫色、脫硫、污水處理、涂料助劑、塑料和橡膠的填料。納米凹凸棒及其復合物由于具有尺寸小、比表面積大及量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特點 , 在光、電、磁及化學方面展現出新奇的特性。因此 , 近年來有關凸棒納米材料的制備、性能及應用的研究在國內外一直受到廣泛的關注 [ 1 - 2 ] 。目前關于納米凹凸

4、棒在聚合物復合體系中的應用 , 主要通過有機偶合劑與納米凹凸棒表面以共價或非共價鍵型組裝形成超分子體系 , 然后再分散于聚合物組分形成復合體系 , 在此復合體系中有機化的納米凹凸棒與聚合物之間的結合主要以次價鍵力結合 , 結合不牢、分散不勻是其不足 ; 通過活性納米凹凸棒中間體制備納米凹凸棒 / 聚合物復合體系不同于偶合分散方法 , 采用等物質的量的甲苯二異氰酸酯、丙烯酸 - β - 羥乙酯加成 , 此加成

5、物與納米凹凸棒表面的羥基官能團再次加成 , 生成表面結合有雙鍵的納米凹凸棒無機 / 有機活性中間體 , 此中間體可與雙鍵類單體共聚形成納米凹凸棒 / 聚合物復合體系 , 使納米凹凸棒與高分子鏈以共價鍵結合 , 增強了納米凹凸棒與聚合物之間的結合力 , 并使納米凹凸棒在聚合物中的分布更均勻 , 更有利于納米凹凸棒納米特性的充分發(fā)揮 , 由此而制備的無機 / 有機化學復合型共聚物涂料具有良好的抗蝕性、耐熱

6、性、耐磨性和自潔性。1 實驗研究 [ 1, 3]1. 1 實驗原料納米凹凸棒 (AT) : 30 ～ 50 nm, 甘肅會寧 ; 甲苯二異氰酸酯 ( TD I) : 工業(yè)級 , 白銀銀光公司 ; 丙烯酸 - β - 羥乙酯 (HEA) 、甲基丙烯酸甲酯 (MMA ) 、丙烯酸 (AA ) 、甲基丙烯酸丁酯 (MBA) 、過氧化二苯甲酰 (BPO) 、鄰苯二甲酸二辛酯 (DOP) 、 _ 二甲苯 :

7、 工業(yè)級 ; 二月桂酸二丁基錫、蒽醌 : 試劑級。1. 2 實驗過程1 . 2. 1 納米凹凸棒無機 / 有機活性體的合成在裝有攪拌、加熱、滴液加料、測溫系統(tǒng)的反應器中 , 加入 TD I, 開啟攪拌并升溫 , 同時滴加等物質的量的 HEA, 控制溫度于 60 ℃ 反應 2 h, 得到 TD I/HEA 加成物 , 出料待用。純和分散后其徑向尺寸為 30 ～ 50 nm, 此納米凹凸棒與 TD I

8、- HEA 加成物反應之后 , 其徑向尺寸基本保持 30 ～ 50nm, 表明凹凸棒無機 / 有機活性體中凹凸棒殘基屬于納米范疇。圖 3 表明采用納米凹凸棒無機 / 有機活性體與丙烯酸單體共聚后制備的涂料涂層中凹凸棒殘基仍為納米范疇。圖 4 ～ 7 的 IR 及 TGA 圖譜表明 TD I/HEA 加成物與納米凹凸棒具有明顯的反應跡象 , 納米凹凸棒與有機聚合物之間以共價化學鍵結合。 圖