有机-无机硅杂化材料

材料化学专业

杂化材料结课论文

题目:有机/无机硅杂化涂料

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杂化材料结课论文

摘要

传统杂化方法主要是通过偶联剂对无机纳米粒子进行包覆改性，利用偶联剂的两性化学结构，使改性后的无机粒子更容易分散到有机相中，并通过偶联剂中的有机结构与有机相缠绕在一起。通常偶联剂不与有机相主体发生化学反应，当涂层磨损到一定程度时候，包覆改性的无机粒子会加速从涂膜中抽离脱落。针对这一问题，UV固化的新型杂化材料。首先通过杂化方法制备了可UV固化的无机有机杂化低聚物，再利用UV固化技术，将UV固化树脂和无机有机杂化低聚物交联固化，从而使有机相和无机相以化学键结合，形成“二次杂化”，并且由于杂化材料的加入，增强了涂料涂膜的耐磨、耐温和硬度等性能。

本文以四氯化硅、甲基丙烯酸β羟基乙酯、苯基三氯硅烷、基苯基二氯硅烷和纳米二氧化硅为主要原料制备一种新型聚丙烯酰氧基β羟乙基硅氧烷/纳米SiO2杂化材料。

目录

摘要...................................................................................................................... I 第1章绪论. (1)

1.1 无机/有机杂化材料 (1)

1.2 纳米无机／有机杂化材料 (1)

1.3 UV固化涂料 (3)

1.3.1 UV固化涂料的组成 (3)

1.4 无机／有机杂化涂料的研究进展 (3)

1.4.1 防腐涂料 (3)

1.4.2 抗菌涂料 (4)

1.4.3 隔热涂料 (5)

第2章纳米无机有机杂化材料的制备 (6)

2.1 纳米无机／有机杂化材料的制备方法 (6)

2.1.1 溶胶一凝胶法 (6)

2.1.2 插层聚合法 (6)

2.1.3 共混法 (7)

2.2 杂化原理 (8)

第3章纳米无机有机硅杂化涂料的制备研究 (11)

3.1 纳米无机有机硅杂化涂料 (11)

3.2 纳米无机有机硅杂化光固化涂料的配制 (11)

3.3 纳米无机有机硅杂化光固化涂料的作用 (12)

3.3.1 杂化材料对涂膜附着力的影响 (12)

3.3.2 杂化材料对涂膜硬度和耐磨性能的影响 (12)

总结 (14)

参考文献 (15)

第1章绪论

1.1无机/有机杂化材料

近年来，科学技术高速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高的要求。在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要。这些都促使人们对材料的研究逐步摆脱了过去单纯靠经验的摸索方法，而向着按预定性能设计新材料的研究方向发展。

通过两种或多种材料的功能复合、性能互补和优化，可以制备出性能优异的复合材料。一般地，性质差别最大的材料之间的复合宜形成性能优异的材料。无机/有机杂化材料正是这一原理的具体表现。无机/有机杂化材料有着许多新颖的结构，它们在新型功能材料开发过程中有着广泛的应用前景[1]。无机材料则具有强度高、刚性大、硬度高及耐老化等优点，有机聚合物材料的主要优点是具有好的韧性和弹性、可加工性好。但无机膜具有成型温度高、表面基团单一、质脆等缺点；有机聚合物材料的耐高温、耐老化性不理想，在较高温度下常常表现为较高的融化粘度，对常用溶剂缺乏足够的稳定性。通过一定的方法制备的无机/有机杂化材料可以兼具两者的优点，性能互补。由于这种“取长补短”、“协同作用”，极大地弥补了单一材料的缺点，产生单一材料所不具有的新性能[2]，可以满足某些特殊的使用要求，目前已广泛应用于涂料、分离膜、纳米复合材料等领域。

1.2纳米无机／有机杂化材料

一般认为颗粒粒径在1～100nm范围内的粒子称为纳米粒子，它有一定数量的原子和分子组成，处于这种空间的物质具有与宏观世界物质明显的不同的性质，从通常关于宏观和微观的观点来看，这一空间既不属于宏

观也不属于微观，属于介观体系。它具有一些新颖的物理和化学性质。表面效应是指纳米粒子的表面原子与总原子数之比，随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化[16]。固体颗粒表面积与粒径的关系可由下式表示：

Sw=K/(ρ×D)

式中Sw——比表面积(m2/g)；

ρ——粒子的理论密度(g/cm3)；

D——粒子的平均直径(nm)；

K——形状因子常数，对于球体、立方体粒子，K=6。

从上式中可见，当D减小时Sw会大大增加，从而使粒子表面原予数大大增加。纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子不同，存在许多表面缺陷和悬空键，并具有高度的不饱和性质和很高的化学反应活性，因而这些原子极易与其他原予结合而趋于稳定。

纳米复合材料的概念是由Roy和Komaranen等于1984年首次提出，纳米复合材料由两相或多相物质混合制成的，其中至少有一相物质是在纳米级(1～100nm)范围内。因为在此范围内，原子间和分子间的相互作用可以很强地影响材料的宏观性能。有机/无机纳米复合材料的性能不仅与纳米粒子的结构性能有关，还与纳米粒子的聚集结构和其协同性能、聚合物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺方式等有关。通过调控有机/无机纳米复合材料的复合度、均匀性等，利用其协同效应可以使材料在化学性能、机械性能以及物理特性等方面获得最佳的整体性能。在机械性能方面，纳米粒子的加入能极大地改善材料的力学性能。在物理特性方面，一方面由于纳米粒子自身的量子尺寸效应和晃面效应，另一方面由于纳米粒子之间的相互作用及粒子与聚合物基体的相互作用，使得有机/无机纳米复合材料在声、光、电、热、磁、介电等功能领域