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锆溶胶有机/无机杂化体系的研究

摘要本论文利用溶胶－凝胶法将有机物与无机物通过共价键相结合，从而制备紫外

光固化耐磨涂料。控制溶胶－凝胶的反应条件可以形成稳定的溶胶，接着混入树脂，

然后将加入光引发剂的稳定体系进行紫外光固化，得到耐磨涂料。合成了不同pH值的

溶胶和不同有机/无机质量比的有机/无机杂化体系，用FTIR、TEM等手段表征，比较

制备条件对溶胶及杂化体系的影响。

关键词溶胶－凝胶法锆溶胶有机/无机杂化体系紫外光固化

1.引言

紫外光（UV）固化涂料及其涂装技术是80年代兴起的表面处理新技术。该涂料利用紫外光

辐射引发树脂固化，与现有的热固化涂料相比，具有固化快，节能，常温固化，污染少，涂层性

能优越等有点，是新一代绿色化工产品。

在一些应用场合，要求紫外光固化涂料具有优良的耐磨性。利用溶胶－凝胶法（Sol-gel

process）制备有机-无机杂化体系是提高涂料耐磨性的必威体育精装版途径。所得涂层既保留了有机涂料的

特性，又引入了无机材料的高耐磨性能。

本文利用氧氯化锆水解缩合制备氧化锆溶胶，然后将其与感光树脂混合，得到具有良好耐磨

性的有机/无机杂化紫外光固化涂料。溶胶制备中加入γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷

（TMSPM）共同水解缩合，使所得的溶胶带有光敏基团，同时，采用带光敏基团的丙烯酸-N,N-

二甲胺乙酯(DM)调节pH值。这样，在光照时这些光敏性基团能与感光树脂共聚固化，从而实现

有机相与无机相的共价键结合。

2.实验

2.1主要试剂及原料

γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（TMSPM）、光引发剂（184）为工业级试剂；环氧丙烯

酸酯树脂（牌号CN124）为SARTOMER产品。其余试剂均为分析纯。

2.2实验部分

2.2.1锆溶胶的制备和改性

将ZrOCl·8ＨＯ与适量乙醇置于三颈瓶中，于35℃水浴加热。ZrOCl·8ＨＯ刚开始不溶

2222

于乙醇，经电磁搅拌后，逐渐由乳白色悬浊液变得无色澄清透明。再搅拌一个小时后，加入少量

乙酰丙酮，滴入γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（TMSPM）。继续搅拌半个小时，然后DM与少

量乙醇混合均匀后缓慢滴入，在滴入过程中不断搅拌，滴加速度要慢。滴加过程中跟踪测量反应

液pH值的变化，并分别得到不同pH值（Ph＝2、3、4、5）的锆溶胶，继续搅拌一个小时，最终

得到淡黄色澄清透明锆溶胶，稳定性较好。

2.2.2环氧丙烯酸酯杂化体系的制备

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在室温下，向环氧丙烯酸树脂里滴加锆溶胶（其中环氧丙烯酸树脂/锆溶胶的重量比定为参

数f），剧烈搅拌直至体系均匀透明为止，得到环氧丙烯酸树脂/锆溶胶杂化体系，加入少量活性

稀释剂HDDA，然后加入占杂化体系质量2.5％的光引发剂184，搅拌均匀。

2.2.3光固化膜的制备

将环氧丙烯酸树脂/锆溶胶杂化体系涂布于标准铁片（5.0×12.0cm）及聚四氟乙烯板上，于

履带式光固化机上进行光固化，固化时间为18S。光源为2400W的高压汞灯，紫外主发射波长为

2

365nm，有效弧长为20cm，中间位置的光强为19.8mW/cm。

3．结果与讨论

3.1Sol－Gel反应产物的红外光谱分析

图1为原料氧氯化锆和锆溶胶红外谱图。由于体系中含有大量的水，所以在谱图中，3400cm

－1－1－1

左右有一宽大的水峰谱带，2960cm处为甲基的伸缩振动吸收，羰基的特征吸收