Page 87 - 《精细化工》2022年第3期

第 3 期 麦 颖，等: UV 固化蓖麻油基聚氨酯丙烯酸酯/SiO 2 杂化材料的制备与性能 ·509·

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图 2 中，3400 cm 处为氨基甲酸酯键中 N—H 约为 30 μm。从图中可以看到，当未添加改性硅溶
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键的伸缩振动峰，1639 和 1405 cm 分别为—CH== 胶 MT-1 或 MT-1 的添加量≤15%时，相比透明 PC
CH 2 上的C==C键的伸缩振动峰和==C—H键的面内弯 板表面，涂覆了涂料的 PC 板表面漫反射效应更小，
曲振动峰 [8-9] ，说明样品 COPUA 和 COPUA/SiO 2 -10% 涂层甚至对 PC 板表面起增透作用 [18] ，其透光率基
中都存在能够进行光固化反应的光敏基团。另外， 本不变，维持在 100.3%左右。当 MT-1 添加量增到
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COPUA/SiO 2 -10%在 985 cm 处出现了 Si—OH 的拉 20%时，复合涂层的透光率略有下降，但即使 MT-1
伸振动峰 [10] （曲线 b），表明 COPUA/SiO 2 -10%是一 的加量增至 25%，透光率也能保持到 99%以上，说
种含硅的杂化材料。光固化后，CH==CH 2 特征峰的 明复合涂层中 SiO 2 的粒径虽小，但随着添加量的增
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消失或减少（1639 和 1405 cm ）是符合预期的，因 加可能会发生小聚集，使漫反射效应增强。
为 PUA 复合涂层发生了光聚合反应。但在反应后
期，致密网络结构形成，部分双键被束缚于网络内
部，无法与自由基碳碰撞参与聚合反应，导致固化
后的涂层依然存在双键 [11] 。Si—OH 特征峰的消失和
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Si—O—Si 特征吸收峰（1000~1170 cm ）的增强说
明，COPUA/SiO 2 -10%在光引发剂作用下发生了光
交联反应 [12] （曲线 d），生成了预期产物。
2.4 形貌分析
图 3 为各涂层表面的 SEM 图和 COPUA/SiO 2 -
15%横截面的 SEM 图。可以看出，添加了 5%和 10%
（以 COPUA 树脂质量为基准，下同）MT-1 的复合
涂层表面（图 3b、c）与未添加 MT-1 的 COPUA 涂
层（图 3a）均具有光滑平整的表面。当涂层加入 15%
的 MT-1 时，涂层表面和横截面整体上是平整的，
只有零星尺寸小的团聚（图 3d、g）；当 MT-1 添加
量增到 20%后，复合涂层表面依然没有大面积的凸
起或褶皱（图 3e、f），说明纳米 SiO 2 在 COPUA 树
脂中分散效果良好，涂层的微相分离程度弱，内部
基本为相混合结构 [13-14] 。一方面是偶联剂 MEMO 在溶
胶-凝胶过程中形成空间位阻，导致 SiO 2 粒径减小 [15] ，
起到增韧作用，不容易发生微相分离；另一方面在光
固化作用下，MEMO 的连接作用提高了 COPUA 树

脂与 SiO 2 纳米粒子的结合力，使它们以化学键形式 图 3 COPUA（a）、COPUA/SiO 2 -5%（b）、COPUA/SiO 2 -
结合，增强了纳米颗粒与有机相之间的界面相容性。 10%（c）、COPUA/SiO 2 -15%（d）、COPUA/SiO 2 -20%
为了进一步研究复合涂层的表面形貌，将复合 （e）、COPUA/SiO 2 -25%（f）UV 固化杂化涂层表面
涂层旋涂于 5 mm×5 mm 的单面抛光硅片上，固化 的 SEM 图和 COPUA/SiO 2 -15% UV 固化杂化涂层横截
后，对其进行原子力显微镜测试，结果见图 4。 面（g）的 SEM 图
从图 4 中可以看出，随着改性硅溶胶 MT-1 加 Fig. 3 SEM images of surface of UV-cured hybrid
coatings COPUA (a), COPUA/SiO 2 -5% (b),
量的增加，复合涂层的表面粗糙度总体呈增大趋势， COPUA/SiO 2 -10% (c), COPUA/SiO 2 -15% (d),
纳米颗粒与有机相之间的相容性稍微降低。当改性 COPUA/SiO 2 -20% (e) and COPUA/SiO 2 -25% (f)
hybrid coatings and SEM image of cross-section of
硅溶胶 MT-1 添加量为 15%时，均方根粗糙度（R q ） COPUA/ SiO 2 -15% (g) hybrid coating
有所起伏，这可能是杂化材料在成膜过程中溶剂蒸
发在涂层表面留下坑洼形状引起的 [16] 。但所有复合 2.5 力学性能分析
涂层的 R q 均小于 1 nm，进一步说明复合涂层表面光 图 5 是涂层的典型拉伸应力-应变曲线，表 3 总
滑平整，这与 SEM 的结果是一致的，同时奠定了其 结了其相应的拉伸强度（σ）、断裂伸长率（ε）和杨
优异的透光性 [17] 。图 4f 为透明 PC 板和涂覆有涂层 氏模量（E）。从图 5a 中可见，所有涂层均在较低的
的 PC 板的 UV-Vis 吸收光谱图（内插图为波长 ε 下发生脆性断裂，这符合高交联体系的特征。由表
710~750 nm 处的 UV-Vis 曲线放大图），涂层厚度大 3 可见，相比于纯 COPUA 树脂制备的涂层，添加