光致发光的氧化锌纳米粒子光引发剂在光固化厚涂层中的应用研究

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紫外光固化是一种高效、环保、节约能源的技术。然而,在厚的光固化涂层中,紫外光的穿透能力差,并且会被固化样品中的多种成分吸收或反射,使得紫外光的穿透能力进一步降低。现有的解决紫外光固化深度的方法都存在一定的缺陷。本论文利用能光致发光的氧化锌纳米粒子(ZnO NPs)光引发剂,可以保持紫外光固化优点的同时提高光固化深度;并通过表面改性改善ZnO NPs的发光和分散性能,进一步提高光固化深度;还探究了发光ZnO NPs光引发剂对提高颜色的光固化涂料固化深度的效果。采用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计确定了最佳的单体和光引发剂分别为1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(819)。随后研究了光固化深度的影响因素,确定了不同因素和光固化深度之间的关系,并提出了实验模型。在不同工艺变量下,光固化厚涂层中的顶层双键转化率最高为77%,底层双键转化率最高为55%。用甲苯二异氰酸酯(TDI)通过-NCO与-OH的反应将甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和ZnO NPs连接起来。然后对ZnO NPs、TDI和HEMA的配比进行优化,荧光光谱和粒度分析结果得到了ZnO:TDI:HEMA摩尔比为1:3:7.5的最佳配比。ZnO NPs最佳添加量为0.35 wt%,此时改性ZnO NPs的光固化深度为19.2 mm,比未改性ZnO NPs深4 mm。红外结果表明,改性ZnO NPs的聚合速率和不同深度的双键转化率高于未改性ZnO NPs。扫描电镜表明改性ZnO NPs在固化膜中具有更好的分散性。通过溶胶法合成ZnO NPs。X射线衍射、荧光光谱、纳米粒度及Zeta电位确定了合成的最佳条件。将ZnO NPs分别用于添加了白炭黑和钛白粉的颜料体系,固化深度增大并在ZnO NPs添加量为0.4 wt%时得到最大固化深度。随后使用硅烷偶联剂KH550将ZnO NPs固定在颜料表面,红外光谱、能谱和热重结果表明改性是成功的。改性后的白炭黑和钛白粉体系的固化深度进一步增大,最大固化深度分别为14 mm和11 mm。本论文首次将ZnO NPs的光致发光性能,用于清漆的透明涂层和有色的颜料涂层的深层固化,成功地增加了光固化深度,并改善了涂层的性能。论文通过简便的改性方法提高了ZnO NPs的发光性能和分散性能,从而进一步增加了光固化深度。总之,本论文提供了一种简单、高效、节能的用于木器涂料、3D打印、牙科材料、彩色油墨等深层固化的新方法。
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