高固体分聚氨酯和聚氨酯纳米SiO2复合涂层的制备及结构和性能研究

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1、复旦大学硕士学位论文高固体分聚氨酯和聚氨酯/纳米SiO<,2>复合涂层的制备及结构和性能研究姓名：陈希翀申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：武利民2002.5.25复旦大学硕士学位论文摘要fL聚酯聚氨酯涂层材料可广泛用于金属制品、家具、汽车、机械设备等的保护和装饰。随着人们对环境保护的日益重视和高科技发展的需要，研究开发环保型、和高性能聚氨酯涂层材料已成为聚合物涂层材料的一大热点课题。、J本研究中，首先，我们通过控制聚合工艺，制备了一系列低粘度高固体分羟基聚酯树脂，并制备了相应的聚氨酯涂膜。用x射线光电子能谱(X

2、PS)、原子力显微镜(AFM)、二次离子飞行质谱仪(ToF—SIMS)等仪器对涂膜表界面的结构与性能进行了分析。／姑合XPS和AFM，我们发现涂膜表面和本体有着不同的元素分布：聚酯树脂的软链段倾向于占据表面，而IPDI链段则停留在本体部分中：分子量和固化条件的不同对涂膜表面形貌有着一定的影响。另外，我们还利用凝胶渗透色谱仪(GPC)和动态力学分析仪(DMA)分别研究了树脂的分子量和聚氨酯的交联度，在此基础上，结合AFM和ToF．SIMS，分析了影响聚氨酯／铁基材界面形貌和粘附强度的诸多因素，并得出结论：高固体分的聚氨酯有着更

3、大的界面粗糙度，与基材之间的粘附强度更高。固化温度上升时，界面粗糙度和粘附强度都得到提高。、＼了其后，我们用原位聚合法合成了系列气相纳米Si02／羟基聚酯树脂，并制备了相应的气相纳米Si02／聚氨酯涂层材料。(研究结果表明，纳米粒子通过原位聚合与聚酯分子之间发生了化学反应；纳米粒子分散在涂膜的本体、表面和界面，并使涂膜的界面形貌变得粗糙，与基材之间的粘附强度变大；气相纳米SiOz对涂膜的某些机械性能有改善作用，但对其光学性能影响不大。心最后，我们还用有机硅溶胶作为纳米粒子，用原位聚合法制备了另一种聚氨酯／si02复合涂层材料

4、。并用接触角测量仪、TEM和AFM对复合涂膜的表界面进行了表征。漕次系统揭示：纳米粒子倾向于在界面富集以保持涂膜表面较低的自由能。相对于气相纳米Si02，由溶胶一凝胶法制得的纳米Si02粒子更均匀的分散在涂膜的本体、表面以及界面，并且纳米粒子尺寸的减小使涂膜界面粗糙度的下降，粘附强度降低。17、关键讯喜霎季詈巍X纳米-?涂层材料’纳糨渤糠面和界杈AFM原子力显微镜X7、复旦大学硕士学位论文AbstractHigh—solidpolyesterpolyolresinsweresynthesizedatdifferenttemp

5、eraturefordifferenttime，andcuredbyisophoronediisocyanatetrimer(IPDI)toobtainpolyurethanefilms,andthencharacterizedbyX—rayphotoelectronspectroscopy(XPS)，atomicforcemicroscopy(AFM)andTime—of-flightsecondaryionmassspectrometry(ToF—SIMS)．CombinedXPSandAFM，itwasfoundtha

6、tthetoplayersofthesepolymerfilmshadadifferentcompositioncomparedwiththeirbulkcomposition：toplayersaredominatedbythesoftsegmentsoftheresins，theIPDIsegmentstendtohideinsidethebulk．thedifferenceofmolecularweightandcuringconditionshadsomeimpactonthetopographyoftheirsur

7、face．Inaddition，themolecularweightofpolyesterresinsandcrosslinkingdensityofpolyurethanefilmswereinvestigatedusingGelpermeationchromatograph(6PC)andDynamicmechanicalanalysispMA)Jbasedontheaboveresults,polyester-basedpolyurethane／tinnedironinterfacewereinvestigatedby

8、AFMandToF—SIMS，andsomefactorsaboutthechangeofadhesionstrengthandinterracialtopographywerelearned．Theresultsshowedthatthepolyurethaneobtainedfromh