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UV固化体系中颜料表面改性对材料性能的影响

作　者: 陈晓芳
导　师: 王德海
学　校: 浙江工业大学
专　业: 材料学
关键词: 紫外光固化材料颜料表面改性界面快速成型
分类号: TQ620.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

关于UV固化颜料体系方面的课题是紫外光固化研究领域中一个颇具挑战性的项目。本课题通过对不同颜料（着色颜料与体积颜料）的研究，考察颜料表面改性后对体系性能的影响，主要包括液态树脂的流变性能，固化速度，UV固化材料的光泽度，表面能，摩擦性能，热性能及力学性能等。在此基础上，还借助了X衍射分析仪（XRD），扫描电镜，能谱（EDS），热分析仪（TG，DSC），金相显微镜等表征手段，进一步阐述颜料改性对含颜料UV固化材料的性能变化的机理。研究表明：1．颜料表面适当改性后，液态树脂固化速度提高（如蓝色颜料经三乙醇胺改性后，45s减少到了14s），固化后材料的光泽度也有所改善。2．除了通常认为的颜料对紫外光的吸收以及散射会造成紫外光固化效率下降外，颜料表面与树脂的界面区域残存有空气成分也可能是造成含颜料光固化树脂固化速度下降的另一个重要原因。电镜观察以及电子能谱研究结果表明，三乙醇胺改性的蓝色颜料不仅使得颜料／树脂界面的空气成分大幅减少，而且颜料与树脂的结合处改性前后的碳、氮、氧的组成成分、结合能都发生了明显的变化，存在着明显的界面耦联现象。表面改性不仅可以降低颜料表面吸附的空气所造成的固化效率下降的趋势，而且可能是在UV被颜料吸收之前就实现有效的引发剂UV吸收竞争，引发聚合反应，提高固化效率。3．对于逐层固化紫外光快速成型材料，体积颜料纳米SiO₂经过适当的表面改性，材料的性能：力学性能、耐磨性能有所改善。颜料表面改性后，扫描电镜分析表明，材料增强、增韧，且颜料分布相对比较均匀；金相显微镜表明，材料硬度明显提高；通过DSC分析表面，材料的Tg提高了。经过再次包覆改性，改性效果较好。其中德谦ADP的改性效果最为理想（较之未改性的，磨损率减小了近0.5％，玻璃化温度提高了近5℃，拉伸强度提高了近15MPa）。这说明紫外光固化体系中固体颜料表面改性来提高或改善含颜料UV固化材料是可行的。研究结果对含颜料光固化材料的研究开发乃至光固化体系填料的使用等都具有积极意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章文献综述  11-26
  1.1 UV固化概述  11-14
    1.1.1 UV光固化机理  11
    1.1.2 UV固化材料的组成  11-12
    1.1.3 UV固化材料成型工艺的特点  12-13
    1.1.4 UV光固化材料的发展及应用  13-14
  1.2 含颜料的UV固化材料  14-19
    1.2.1 颜料的分类及作用  14-17
      1.2.1.1 颜料的分类  14-15
      1.2.1.2 颜料的作用与性质  15-17
    1.2.2 颜料的存在对UV固化体系的影响  17-19
      1.2.2.1 对固化时间的影响  17-18
      1.2.2.2 对贮存稳定性的影响  18-19
      1.2.2.3 对其他方面的影响  19
  1.3 含颜料UV光固化材料的研究现状  19-23
    1.3.1 光引发剂的研究与开发  19-21
    1.3.2 活性体的研究与开发  21
    1.3.3 UV固化设备的研究与开发  21-22
    1.3.4 对颜料本身的研究  22-23
  1.4 本工作的提出  23-26
    1.4.1 有关研究的评价  23-24
    1.4.2 本课题的主攻方向  24-25
    1.4.3 本课题的研究意义  25-26
第二章实验部分  26-34
  2.1 实验  26-32
    2.1.1 实验原理  26
    2.1.2 药品及试剂  26-27
    2.1.3 仪器及设备  27-29
    2.1.4 工艺流程及实验步骤  29-30
      2.1.4.1 工艺流程  29
      2.1.4.2 实验步骤  29-30
    2.1.5 测试方法  30-32
  2.2 可行性分析  32-33
  2.3 创新之处  33-34
第三章结果与讨论  34-70
  3.1 改性对颜料晶型的影响  34-35
  3.2 着色颜料改性对UV固化材料的影响  35-48
    3.2.1 不同颜色颜料对固化时间的影响  35-37
    3.2.2 三乙醇胺改性  37-42
      3.2.2.1 对固化时间的影响  37-38
      3.2.2.2 颜料/树脂界面状况  38-42
    3.2.3 光引发剂改性  42-48
      3.2.3.1 对固化时间的影响  43-46
      3.2.3.2 对材料热稳定性的影响  46-48
  3.3 体积颜料改性对UV固化材料的影响  48-70
    3.3.1 对流变性能的影响  49-52
    3.3.2 对固化时间的影响  52-55
      3.3.2.1 KH570改性  52-53
      3.3.2.2 三乙醇胺改性  53-55
    3.3.3 对材料表面能的影响  55-57
      3.3.3.1 不同改性方法的影响  56
      3.3.3.2 不同改性剂的影响  56-57
    3.3.4 对摩擦性能的影响  57-60
      3.3.4.1 材料的磨损率及其摩擦系数  58-59
      3.3.4.2 偶件钢环磨损表面形貌  59-60
    3.3.5 对热性能的影响  60-63
      3.3.5.1 对材料热稳定性能的影响  60-62
      3.3.5.2 对玻璃化转变温度的影响  62-63
    3.3.6 对力学性能的影响  63-70
      3.3.6.1 曝光工艺  63-65
      3.3.6.2 固化材料的力学性能  65-67
      3.3.6.3 材料断面形貌结构  67-70
第四章结论  70-71
参考文献  71-77
攻读硕士期间发表的论文  77-78
致谢  78

UV固化体系中颜料表面改性对材料性能的影响

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