Page 89 - 《精细化工》2022年第3期
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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 ·511·
合涂层的热分解过程 [22-23] 。所制备涂层的降解均显 表 5 所制备涂层的性能
示出两个阶段（图 6b），第 1 阶段的失重主要是由 Table 5 Properities of the prepared coatings
于硬段部分氨基甲酸酯和丙烯酸酯末端基的分解， 样品 硬度 附着力/级 柔韧性/mm
[24]
第 2 阶段的失重是软段的交联键和化学键分解所致 。 COPUA 3H 0 1
此外，改性硅溶胶 MT-1 添加量的增加虽然使软硬 COPUA/SiO 2-5% 4H 0 1
段之间的界限变模糊，但其分解温度和路线均无太 COPUA/SiO 2-10% 4H 0 1
大变化，这表明 MT-1 的添加量可以促进相混合， COPUA/SiO 2-15% 5H 0 1
COPUA/SiO 2-20% 5H 2 2
但对复合涂层的热稳定性影响不大。MT-1 添加量的
COPUA/SiO 2-25% 5H 3 2
增加使最终残炭量增加（表 4），但两者间未呈正比
例关系，这是因为，MT-1 添加量达到一定值后，引
由表 5 可见，改性硅溶胶 MT-1 的引入使涂层
入的挥发性溶剂相应增多，纳米 SiO 2 颗粒的实际含
的铅笔硬度从 3H 提高到 5H，这是纳米 SiO 2 颗粒的
量减少。
纳米增强效应和涂层的互穿网络结构共同作用的结
果。但其附着力和柔韧性随着 MT-1 添加量的增多
会稍微变差。当 MT-1 添加量≤15%时，纳米 SiO 2
颗粒的分散性和界面相容性较好，均匀的形貌会增
加其与基材的接触面积，分子间作用力变大 [25-26] ，
涂层因而具有优异的附着力和柔韧性。当 MT-1 添加
量为 15%时复合涂层的硬度为 5H，附着力 0 级，柔
韧性 1 mm 。 复合涂层 COPUA/SiO 2 -20% 和
COPUA/SiO 2 -25%则由于过量的 MEMO 发生自交
联，产生脆性和应力集中，附着力分别下降到 2 级
和 3 级，柔韧性都下降到 2 mm。
3 结论
以自制的 COPUA 为有机相，以改性硅溶胶为
无机相制备了 UV 固化 COPUA/SiO 2 杂化材料。通
过调节 MEMO 与 TEOS 的物质的量比得到一系列改
性硅溶胶，添加相同质量（0.375 g）的改性硅溶胶
制备复合涂层，测定其力学性能和表面性能，确定
了 MEMO 与 TEOS 的最佳物质的量比为 1∶1
图 6 UV 固化涂层的 TGA（a）和 DTG（b）曲线 （MT-1）。此时，SiO 2 颗粒粒径约为 3 nm 且分布均
Fig. 6 TGA (a) and DTG (b) curves of UV-curing coatings
匀，涂层硬度为 5H，附着力 0 级，柔韧性 1 mm，σ
表 4 UV 固化涂层的特征热分解数据 为 13.52 MPa，ε 为 7.49%。
Table 4 Characteristic thermal decomposition data of UV-
curing coatings 改变 MT-1 的添加量得到一系列 UV 固化
COPUA/SiO 2 杂化材料并制备了相应的杂化涂层。
T max /℃
样品 T 10%/℃ T 50%/℃ 700 ℃残炭率 随着改性硅溶胶 MT-1 添加量的增加，杂化涂层的
nd
st
1 2 /%
表面粗糙度总体增大；纳米颗粒与有机相之间的相
COPUA 313 391 332 431 1.43
容性稍微降低，但表面依然光滑平整；透光性优异；
COPUA/SiO 2-5% 322 408 345 434 3.57
涂层的 σ 和 E 得到提高，ε 先上升后下降；热稳定
COPUA/SiO 2-10% 321 408 347 432 5.60
COPUA/SiO 2-15% 323 413 346 433 6.68 性变化不大。
COPUA/SiO 2-20% 323 415 347 431 7.49 涂层 COPUA/SiO 2 -15%的 σ 和 ε 之间达到平衡，
COPUA/SiO 2-25% 323 416 348 432 8.17 不仅提高了涂层的拉伸强度，同时最大程度保持其
nd
st
注：1 为第一阶段降解温度；2 为第二阶段降解温度。 断裂伸长率，其铅笔硬度可达 5H，同时具有优异的
2.7 表面物理性能分析 透光性（100.20%）、附着力（0 级）和柔韧性（1 mm），
所制备涂层性能的测试结果列于表 5，涂层的 在环保型 UV 固化塑料涂料的应用方面具有很好的
厚度约为 30 μm。 潜力。
