阮亿明

（湄洲湾职业技术学院，福建 莆田 351254）

紫外光固化漆酚基纳米复合涂料性能的对比分析

阮亿明

（湄洲湾职业技术学院，福建 莆田 351254）

将紫外光固化技术与有机/无机纳米杂化材料制备技术相结合，以可再生天然生漆为主要原料，制得了紫外光固化漆酚和紫外光固化漆酚基纳米SiO2/TiO2/ZnO/OMMT的4种复合涂料。对比分析了其与漆酚甲醛缩聚物的常规物理机械性能、抗紫外线性能、抗溶剂性和耐化学介质性能。结果表明，紫外光固化漆酚和以其为基础的4种纳米复合涂料的各项性能均较漆酚甲醛缩聚物有较大提高。

紫外光固化；漆酚；纳米复合涂料；性能

紫外光（UV）固化涂料不含有机溶剂，对环境污染小，固化速度快，节省能源，固化产物性能好，适合高速自动化生产线和对热敏感的基材的涂布，近年来得到迅猛发展［1］。另一方面，由于有机/无机杂化材料综合了有机、无机和纳米材料的优良特性，因而受到研究者的广泛关注。若将紫外光固化技术与有机/无机杂化技术相结合，则有望制得综合性能优异的绿色涂料。

中国生漆是天然可再生资源，主要应用是制成漆酚甲醛缩聚物（PUF），其涂膜各项理化性能优异，应用已久。生漆的主要成分漆酚是一种优良的紫外光固化单体，在不加光引发剂的条件下，紫外光照射几分钟即可固化成膜。将紫外光固化技术与有机/无机杂化技术相结合，制得了紫外光固化漆酚和紫外光固化漆酚基纳米SiO2/TiO2/ZnO/OMMT的4种复合涂料。比较分析了紫外光固化漆酚、4种复合涂料和漆酚甲醛缩聚物的各项理化性能，为进一步开发应用生漆提供理论和实验基础。

1　实验部分

1.1原料与试剂

漆酚，采用酒精法从天然生漆中提取，含量为94%；无水乙醇、二甲苯、H2SO4、NaOH、NaCl（均为分析纯）；SiO2、TiO2、ZnO、OMMT（均为纳米级）。

1.2试样制备

紫外光固化漆酚（UV-U）的制备：将无水乙醇（50%）加入漆酚（50%）中，超声波振荡30min，均匀涂布于洁净的玻璃片和马口铁片上，用可变速传送带将其送入GY.UV2KW/Ⅱ（S）紫外光固化机（高压汞灯，波长365nm，光功率密度为133 W·cm-1）中，在空气中照射2.0min，控制固化后膜厚约20μm。马口铁片上的固化膜用于常规物理机械性能、抗紫外线性能和耐化学介质性能和测试。将玻璃片上的固化膜用刀片剥下，用于抗溶剂性测试。

紫外光固化漆酚基纳米复合涂料（UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ZnO和UV-U/OMMT）的制备：按纳米粒子（SiO2/TiO2/ZnO/OMMT）∶无水乙醇∶漆酚=5∶50∶45质量配比制备，方法同紫外光固化漆酚的制备。

1.3性能测试

1.3.1常规物理机械性能

将试样涂膜于马口铁片上，紫外光固化后测定。涂膜硬度用QHQ型漆膜铅笔划痕硬度仪，按GB/T 6739-1996A测定；涂膜附着力用QFZ型漆膜附着力试验仪，按GB/T 1720-1989测定；涂膜光泽度用QZX-60A型镜向光泽计，按GB/T 1743-1989测定；涂膜耐冲击强度用QCJ型冲击器，按GB/T 1732-1993测定；涂膜柔韧性用QTY-10A 型柔韧性仪，按GB/T 1731-1993测试。

1.3.2抗紫外线性能

将试样涂膜于马口铁片上，紫外光固化后置于波长为253.7nm，光强度为86W·m-2的石英紫外杀菌灯下照射，每隔200h测定一次涂膜的光泽度，以失光率来衡量涂膜的抗紫外线性能。

1.3.3抗溶剂性

将试样涂膜于玻璃片上，紫外光固化，将固化膜剥下，称重记为m1。将其浸泡于二甲苯中，10h后倾去上层溶液，不溶物烘干再称重记为m2。以（m1-m2）÷m1×100%来衡量涂膜的抗溶剂性。

1.3.4耐化学介质性能

将试样涂膜于马口铁片上，紫外光固化后分别浸泡于蒸馏水、10% H2SO4、30% H2SO4、10% NaOH、40% NaOH、5% NaCl中，室温下放置7d。以膜起皱、变色或龟裂为腐蚀标志。

2　结果与讨论

2.1常规物理机械性能

PUF、UV-U、UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ZnO和UV-U/OMMT的常规物理机械性能见表1。由表1可见，①通过紫外光固化制得的漆酚基涂料，不管是否加入纳米粒子，其硬度、附着力、耐冲击性和柔韧性都较传统的溶剂型PUF优异，特别是硬度较PUF有较大提高，这可能是由于紫外光固化膜与PUF涂膜的化学结构单元及大分子链凝聚态不同［2］。紫外光固化膜致密程度较PUF大，因此硬度和耐冲击性较PUF有较大提高。同时，由于具有长链的齐聚体链段，附着力和柔韧性也较PUF涂膜优异。②紫外光固化漆酚基纳米复合涂膜的硬度较紫外光固化漆酚基涂膜有进一步的提高，可能是由于光固化纳米复合膜中纳米粒子与有机基体的比界面大，结合力强，对有机材料如同刚性链条一样起着增强作用，提高了光固化纳米粒子复合膜的硬度［3］。③通过紫外光固化技术制得的涂膜的光泽度较PUF差，可能是由于紫外光固化涂料在快速固化的过程中，体系的体积收缩速度非常快，而PUF涂膜是通过有机溶剂的逐渐挥发形成的。

表1　紫外光固化漆酚基纳米复合涂料的常规物理机械性能Tab1 The physic-mechanical properties of UV curing nanocomposites coatings based on urushiol

2.2抗紫外线性能

PUF、UV-U、UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ ZnO和UV-U/OMMT的抗紫外线性能见表2。由表2可见，①通过紫外光固化技术制得的涂膜的抗紫外线性能比PUF涂膜强。一方面，可能是由于紫外光固化膜较PUF涂膜致密程度大，分子链间作用力强，紫外线对涂膜的破坏就减弱了。另一方面，可能是由于π电子易在紫外光作用下，吸收能量发生π-π*跃迁，致使高分子链发生断裂，而紫外光固化膜中漆酚苯环侧链不饱和键π电子的浓度较PUF涂膜低，所以抗紫外线性能较好［4］。②紫外光固化纳米粒子复合涂膜的抗紫外线性能较未加入纳米粒子前有进一步提高。这是由于SiO2以纳米尺寸均匀分布于复合光固化膜中，纳米SiO2的尺寸效应使纳米SiO2有特殊的光学性能，其可以强烈地反射紫外线，大大减少紫外线对有机高聚物的降解作用，提高UV-U/SiO2光固化膜的抗紫外线性能［5］。纳米ZnO粒子对紫外线具有吸收作用，相对减弱了对有机高聚物的破坏，因而提高了UV-U /ZnO的抗紫外线性能。OMMT片层在光固化膜中以纳米尺寸无规分布，起着类似光屏蔽剂的作用，阻止了紫外光对较深层的聚合物的破坏，从而延缓了光固化膜的老化，提高了抗紫外线性能［6］。紫外光固化纳米粒子复合涂膜中，UV-U /TiO2的抗紫外线性能最好，可能是由于纳米TiO2具有优越的光学性能，既能散射紫外线（200～400nm），又能吸收紫外线，其屏蔽紫外线的能力最强。

表2　紫外光固化漆酚基纳米复合涂料的抗紫外线性能Tab.2 Gloss loss of UV curing nanocomposites coatings based on urushiol

2.3抗溶剂性和耐化学介质性能

PUF、UV-U、UV-U/SiO2、UV-U/TiO2、UV-U/ZnO和UV-U/OMMT的抗溶剂性和耐化学介质性能见表3。由表3可见，通过紫外光固化技术制得的涂膜的抗溶剂性能比PUF涂膜明显提高，可能是由于紫外光固化膜较PUF涂膜致密程度大，较不易被溶解和洗脱。加入纳米粒子后，纳米粒子表面（或OMMT片层）与聚合物基体间可形成强相互作用，使网络结构更紧密，从而使涂膜的抗溶剂性进一步提高。

由表3还可见，紫外光固化膜均具有优良的耐化学介质性能，特别是耐碱性较PUF涂膜优异。可能是由于紫外光固化后，涂膜中漆酚上的酚羟基大大减少。

表3　紫外光固化漆酚基纳米复合涂料的抗溶剂性和耐化学介质性能Tab3 Resistance against organic solvent and chemical medium of UV curing nanocomposites coatings based on urushiol

3　结论

与传统的溶剂型漆酚甲醛缩聚物涂膜相比，紫外光固化漆酚涂膜和紫外光固化漆酚基纳米SiO2/ TiO2/ZnO/OMMT的4种复合涂膜的硬度、附着力、耐冲击性、柔韧性、抗紫外线性能、抗溶剂性和耐化学介质腐蚀性能均有较明显的提高。另外，通过紫外光固化技术制得的漆酚基复合涂料固体分含量极高，属于绿色涂料，符合环保发展趋势，且其涂装成本低，涂装效率高，值得进一步探讨其应用。

［1］ Fouassier J P，Rabek J F.Radiation curing in Polymer Science and Technology［M］.New York： Elsevier Applied Science，1993： 1-47.

［2］ 徐国财，马家举，邢宏龙，等.原位分散紫外光固化SiO2纳米复合材料的性质［J］.应用化学，2000，17（4）：450-452.

［3］ 王璧，徐瑞芬，丁雪佳.PMMA/TiO2纳米复合粒子的制备及初步应用研究［J］.北京化工大学学报，2006，33（2）：72-75.

［4］ 邓丰.腰果酚基复合涂料的研究［D］.福州：福建师范大学，2007.

［5］ 童忠良.纳米化工产品生产技术［M］.北京：化学工业出版社，2006：240.

［6］ 刘建桂.漆酚甲醛缩聚物/无机物杂化材料的研究［D］.福州：福建师范大学，2006.

Properties Comparative Analysis of UV-curable Urushiol Nanocomposite Coating

RUAN Yi-ming
（Meizhouwan Vocational Technology College， Putian 351254， China）

The UV-curable technology was combined with organic/ inorganic hybrid nano materials preparation technology， applied renewable natural lacquer as the main raw material， four species composite coatings of Nano SiO2/ TiO2/ ZnO / OMMT were prepared by UV curing urushiol and UV curing urushiol. The conventional mechanical properties， UV resistance， solvent resistance and chemical resistance properties of urushiol formaldehyde condensates， were analyzed. The results showed that the properties of UV-curable urushiol and its four nano-composite coatings were improved greatly.

UV curing； urushiol； nano-composite coatings； performance

TQ 637.6

A

1671-9905（2015）12-0015-03

阮亿明（1964-），本科，福建仙游人，副教授，主要研究方向为紫外光固化涂料的研究。电话：13850219505，E-mail：rym-0594@163.com

2015-10-16