納米凹凸棒無(wú)機(jī) 有機(jī)共聚物涂料的研究

1、納米凹凸棒無(wú)機(jī)/有機(jī)共聚物涂料的研究楊保平 , 崔錦峰 , 周應(yīng)萍 , 郭軍紅 , 劉詩(shī)鑫 , 韓培亮( 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院 , 蘭州 730050) 摘 要 : 以等物質(zhì)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(tuán)再次進(jìn)行加成反應(yīng) , 反應(yīng)生成表面結(jié)合有雙鍵的納米凹凸棒無(wú)機(jī) / 有機(jī)活性中間體 ; 該中間體分子結(jié)構(gòu)中無(wú)機(jī)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(lèi)單體共聚 , 形成納米凹凸棒 / 有機(jī)共聚物 ; 以該共聚物為基料 , 與顏料、填料和助劑復(fù)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(duì)活性體及其共聚物進(jìn)行了 FT - IR 、 TGA 、 SEM 表征。關(guān)鍵詞 : 納米凹凸棒 ; 無(wú)機(jī) / 有機(jī)共聚物 ; 結(jié)構(gòu)表征0 引 言凹凸棒是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)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(jí)的凹凸棒作為吸附劑、流變改進(jìn)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(fù)合物由于具有尺寸小、比表面積大及量子尺寸效應(yīng)和宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn) , 在光、電、磁及化學(xué)方面展現(xiàn)出新奇的特性。因此 , 近年來(lái)有關(guān)凸棒納米材料的制備、性能及應(yīng)用的研究在國(guó)內(nèi)外一直受到廣泛的關(guān)注 [ 1 - 2 ] 。目前關(guān)于納米凹凸

4、棒在聚合物復(fù)合體系中的應(yīng)用 , 主要通過(guò)有機(jī)偶合劑與納米凹凸棒表面以共價(jià)或非共價(jià)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(fù)合體系 , 在此復(fù)合體系中有機(jī)化的納米凹凸棒與聚合物之間的結(jié)合主要以次價(jià)鍵力結(jié)合 , 結(jié)合不牢、分散不勻是其不足 ; 通過(guò)活性納米凹凸棒中間體制備納米凹凸棒 / 聚合物復(fù)合體系不同于偶合分散方法 , 采用等物質(zhì)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(tuán)再次加成 , 生成表面結(jié)合有雙鍵的納米凹凸棒無(wú)機(jī) / 有機(jī)活性中間體 , 此中間體可與雙鍵類(lèi)單體共聚形成納米凹凸棒 / 聚合物復(fù)合體系 , 使納米凹凸棒與高分子鏈以共價(jià)鍵結(jié)合 , 增強(qiáng)了納米凹凸棒與聚合物之間的結(jié)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(wú)機(jī) / 有機(jī)化學(xué)復(fù)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(shí)驗(yàn)研究 [ 1, 3]1. 1 實(shí)驗(yàn)原料納米凹凸棒 (AT) : 30 ～ 50 nm, 甘肅會(huì)寧 ; 甲苯二異氰酸酯 ( TD I) : 工業(yè)級(jí) , 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(guò)氧化二苯甲酰 (BPO) 、鄰苯二甲酸二辛酯 (DOP) 、 _ 二甲苯 :

7、 工業(yè)級(jí) ; 二月桂酸二丁基錫、蒽醌 : 試劑級(jí)。1. 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程1 . 2. 1 納米凹凸棒無(wú)機(jī) / 有機(jī)活性體的合成在裝有攪拌、加熱、滴液加料、測(cè)溫系統(tǒng)的反應(yīng)器中 , 加入 TD I, 開(kāi)啟攪拌并升溫 , 同時(shí)滴加等物質(zhì)的量的 HEA, 控制溫度于 60 ℃ 反應(yīng) 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(yīng)之后 , 其徑向尺寸基本保持 30 ～ 50nm, 表明凹凸棒無(wú)機(jī) / 有機(jī)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(wú)機(jī) / 有機(jī)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(yīng)跡象 , 納米凹凸棒與有機(jī)聚合物之間以共價(jià)化學(xué)鍵結(jié)合。 圖