PET膜用紫外光固化功能涂层的制备与性能

发布时间：2020-11-13 20:14

　　 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜具有优异的透光性、耐热性、韧性和绝缘性,已广泛用于包装、屏幕及光学级镜面保护等。PET表面硬度低、不耐磨和刮擦等,使其应用领域受限。在PET膜表面涂覆涂料提高其性能是行之有效的方法,而光固化涂料具有固化速度快、节能和环保等优点。本文采用有机/无机杂化技术,制备UV固化PET膜用增硬增韧透明涂层和抗污阻燃超疏水涂层,研究其构效规律。采用无机纳米粒子与UV固化体系复合制备PET膜用增硬增韧透明涂料,研究光固化树脂及配比、无机纳米粒子种类与添加量对涂层硬度、附着力、柔韧性、抗冲击性的影响,发现当添加量低于0.5%时,纳米粒子可提高涂膜硬度,不会降低涂膜的透明度,其中以0.3%八乙烯基POSS为无机纳米增硬材料最好,其制备的涂膜笔硬度为4 H,耐冲击性为100 kg cm,附着力为0级,柔韧性为2 mm,透光率≥90%;红外光谱分析表明八乙烯基POSS中的C=C键参与了光固化反应,生成含有Si-O-Si网络结构聚合物。热重和动态热机械分析表明由0.3%OVPOSS改性的复合涂层具有良好的热稳定性,其5%重量损失温度高达到335.2°C,其储能模量(E')从167.7 MPa提高到258.9 Mpa。SEM和AFM图表明OVPOSS颗粒均匀分散在涂层中,与有机组分具有良好的相容性。为改善PET膜易沾污、易燃、机械强度差等不足,制备KH-570改性纳米SiO_2 A(简称KH-570/SiO_2 NPs A)和十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)改性SiO_2纳米粒子B(简称F17-SiO_2 NPs B),与UV组分共混,制备PET膜用超疏水涂层。利用接触角测量仪、扫描电镜对涂层润湿性和表面形貌进行了表征。研究各组分对涂层性能的影响规律,发现UV组分为15%时,随F17-SiO_2 NPs B添加量增加,涂层对水的接触角增大,当其添加量大于45%时,其接触角超过160o,具有超疏水性能。随UV组分添加量增大,其涂膜硬度、附着力、耐磨性及耐化学品性提高。但当UV组分超过25%时,大量纳米颗粒被包埋在涂层内,较难得到超疏水涂层。当w(KH-570/SiO_2 NPs A):w(F17-SiO_2 NPs B)(质量分数)=1时,UV组分添加量为15%时,PET膜涂层的水接触角为160.3°,滚动角为2°,铅笔硬度为2 H,附着力为1级,磨耗量为0.052 mg·100r~(-1),阻燃等级为V-0级。SEM和AFM图表明涂层表面含乳突状纳米颗粒和孔坑洞状凹面的微纳粗糙结构。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ637
【部分图文】：

第二章 紫外光固化 PET 膜增硬增韧涂层的制备和 258.9 Mpa。Tg 和 E'的增加是由于 UV 有机聚合物中无机纳米材料的分散或聚集，这限制了聚合物链的自由移动[105, 106]。Film 5 的 Tg 和 E'是最高的，因为 OVPOSS 的存在增强了玻璃化转变过程中的阻尼作用，产生较大的损耗模量，因此，复合涂层需要更多的能量来维持固化完成，这使复合膜难以从玻璃态转变为橡胶态，最终导致 Tg 增加[107]。2.6.7 涂层的表面形貌图 2-5 是有机涂层与复合涂层的 SEM 图像。

获得有机和复合涂层的表面形貌，如图2-6 所示。图 2-6 涂层的 AFM 图：(a) Film 1；(b) Film 2；(c) Film3；(d) Film 4；(e) Film 5Fig.2-6 AFM images of coatings: (a) Film 1; (b) Film 2; (c) Film3; (d) Film 4; (e) Film 5在表 2-11 中，Ra、RMS、Rz 和 Rz Count 分别表示平均表面粗糙度、均方根粗糙度、10 点平均粗糙度和计数点。从表 2-11 可以推断，纯 UV 有机涂层 Film1 的粗糙度最小，涂层表面最光滑，Ra = 0.843 nm，RMS = 1.148 nm；而添加纳米 SiO2、JH-10、纳米 Al2O3和 OVPOSS 增加了涂层的粗糙度。Film 5 的 Ra 达到 1.370 nm，但它不影响涂层表面的光滑度。

Film 1 0.843 1.148 2.55110Film 2 1.072 1.424 2.84310Film 3 2.279 2.606 3.84510Film 4 1.860 2.041 5.33610Film 5 1.370 3.877 3.80410.6.9 涂层的固化机理Film 5 的 PET 膜 UV 固化有机/无机杂化涂层的固化机理如图 2-7 所示。通过 SEM 和 AFM 探索，得知图中 OVPOSS 八个顶点的乙烯基作为光敏基团，在引发剂作用下，产生自由基，将涂层中的 UV 有机组分与 OVPOSS 中的 Si-O-Si 无机分桥接，且其以一种有序方式排列在涂层中，使得杂化涂层中无机-有机组分相容性好，涂膜机械强度高。hnUV resins: EA & PUAUVmonomers:HDDA& PETA
【参考文献】

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本文编号：2882590