文档介绍：纳米 ZnO 的表面改性研究及其在聚酯涂
料中的应用

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:贾玲玲
指导教师:陈恒志副教授
专业:化学
学科门类:理学

重庆大学化学化工学院
二 O 一一年四月
Study on Surface Modification of
Nano-ZnO and its Application in
Polyester Coating

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Science
By
Jia Lingling

Supervised by Ass. Prof. Chen Hengzhi
Major:Analytical Chemistry

College of Chemistry and Chemical Engineering of
Chongqing University,Chongqing,China
April 2011
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

将纳米颗粒添加到涂料中制备新型功能纳米复合涂料,正成为纳米应用研究
的一个热点。但是,由于纳米颗粒表面极强的表面能,使它们很容易团聚在一起,
从而形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体,这大大降低甚至丧失了纳米
粒子所具有的特殊性质,同时由于纳米粒子表面的亲水疏油性,使其在有机高分
子树脂中难于均匀分散,界面会出现空隙,当空气中的水分进入空隙中就会触发
界面处高聚物的脆化、降解,导致涂层失效。因此,为了提高纳米粒子在有机高
分子中的分散性和稳定性,需要对纳米粒子进行表面改性。本文主要研究了纳米
ZnO 的改性及其对聚酯涂膜性能的影响。
文中分别采用偶合接枝法和 N,N’-羰基二咪唑(CDI)活化接枝法对纳米氧化
锌进行改性,通过硅烷偶联剂 KH550 将硬脂酸接枝到粒子表面,采用红外光谱
(IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析、分光光度法和活化指数对改性前后纳米 ZnO
进行表征,考察纳米 ZnO 表面与有机官能团的结合方式以及改性对纳米氧化锌在
有机介质中的分散稳定性的影响。同时研究了溶剂种类、偶联剂用量、偶联时间、
硬脂酸用量、硬脂酸接枝时间、改性温度等因素对偶合接枝改性效果的影响,以
确定改性纳米 ZnO 粒子的最佳工艺条件。活化指数和分光光度法的测试结果表明,
两种方法改性后的纳米粒子都由亲水性转变为亲油性,在有机溶剂中的分散性都
有所改善,其中 CDI 活化接枝法的改性效果更好。红外谱图结果显示,偶合接枝
法和 CDI 活化接枝法都能够成功地将硬脂酸以化学键合的方式接枝到纳米 ZnO 表
面。热重分析结果表明活化剂 CDI 的加入对酰胺化反应有明显的促进作用,能够
显著提高硬脂酸的接枝率。SEM 结果显示两种方法改性后的纳米颗粒均不同程度
地改善了纳米氧化锌颗粒的团聚情况,其中经 CDI 活化接枝的效果更好。偶合接
枝改性的最佳工艺条件为:偶联剂用量为 2%、偶联时间为 8h、硬脂酸用量为 2%、
硬脂酸接枝时间为 3h、改性温度为 60℃。
通过共混法将经过改性的纳米 ZnO 粒子添加到不饱和聚酯涂料中,制备得到
纳米 ZnO/聚酯复合涂料,测试了纳米 ZnO/聚酯复合涂膜的性能,如拉伸强度、断
裂伸长率、吸水率、硬度、附着力、耐酸性及耐碱性,考察了 ZnO 改性方法以及
纳米 ZnO 用量对复合涂料性能的影响,结果发现,不饱和聚酯涂料各种性能在不
同程度上都得到了明显的改善,同时,研究了纳米 ZnO 改性不饱和聚酯涂膜的机
理。

关键词:纳米 ZnO,表面改性,偶合接枝,CDI 活化接枝,纳米复合涂料
I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

It is a hot reaearch point that nano-particles have been applied preliminary in the
field of the functional coatings. However, the nano-particle easily aggregate due to it’s
high surface energy, which will lead to degrade it’s performan