2 结果与分析
2.1红外光谱分析
通过红外光谱,研究KH560与正硅酸乙酯的溶胶-凝胶反应,以及溶胶-凝胶的产物与丙烯酸树脂交联固化后的反应情况。TEOS水解后生成表面含羟基的二氧化硅无机网络,硅烷偶联剂虽然发生了水解和部分缩聚,其水解产物与二氧化硅网络结构的表面羟基脱水缩合,起到了表面改性的作用;二氧化硅颗粒一经形成就被硅烷偶联剂改性,阻止了颗粒的进一步生长和团聚,从而提高了纳米粒子的分散度[6-7]。
图1为环氧改性硅溶胶的红外谱图。
图1中,3397cm-1为Si—OH吸收峰,其一方面可以与环氧基团进一步发生交联缩合,另一方面,残留羟基与丙烯酸树脂之间可形成氢键作用。2936cm-1、2877cm-1对应为C—H伸缩振动峰,1250cm-1宽峰为Si—O—Si,以及环氧化物环的骨架振动峰的叠加,912cm-1为环氧基团中环的不对称伸缩振动,表明KH560中的环氧基在硅烷水解过程中并未发生破坏,可进一步发生化学交联作用。另一方面,硅烷偶联剂在溶胶-凝胶过程中,与无机组分的前躯体共水解、共缩聚,使无机相得到有机化改性;硅烷偶联剂可参与有机聚合反应,将有机基体和无机粒子以桥梁的形式接在一起,使无机相与有机相以化学键结合,形成一个整体,成为真正的有机-无机杂化复合涂料[8]。
2.2TGA图谱分析
硅溶胶的第一个重要特点是高温稳定性好,它的键能比C—O、C—C键高得多(Si—O键能:452kJ/mol,C—O键能:360kJ/mol,C—C键能:356kJ/mol)。图2为改性SiO2/水性清漆之间比例在10∶90的条件下,制得的有机-无机杂化涂层以及空白水性清漆涂层的热失质量曲线。
从图2可以看出,对于空白水性清漆涂层,其在加热时,超过100℃后就不断发生热失质量现象,且残留率只有62%,而相比较有机-无机杂化涂层,其超过300℃才发生热分解,在320～450℃之间有一失质量平台。对比曲线a和b,可以发现在加入环氧改性硅溶胶后,其热稳定性明显有所提高,这是因为一方面Si—O—Si键能较强,另一方面无机SiO2网络与环氧树脂聚合物链形成相互交联的互穿结构,无机网络的形成抑制了聚合物分子链的运动,使得聚合物链段在热应力作用下的运动变得困难,从而显著提高了杂化涂料的耐热性[9]。
