水性聚氨酯改性及其纳米复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-11-26 13:04

  本文关键词：水性聚氨酯改性及其纳米复合材料的制备与性能研究

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【摘要】：水性聚氨酯(WPU)作为一种以水为分散介质的高分子材料,具有无毒、无异味、无污染等优点,被广泛应用在皮革涂饰、汽车修补、胶黏剂、印刷油墨、防护涂料等领域。然而,在制备过程中为了实现自乳化,往往需要向WPU分子链中引入亲水基团或链段,这在一定程度上会导致水性聚氨酯耐水性、耐溶剂性、机械强度等性能下降,影响水性聚氨酯材料在实际生活中的应用。因此,对水性聚氨酯进行改性,提高其综合性能,具有十分必要的意义。本课题分别采用有机硅氧烷交联、碳纳米管纳米复合两种方法对水性聚氨酯进行改性。第一部分,以液化二苯基甲烷二异氰酸酯(L-MDI)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料,通过丙酮法合成端-NCO聚氨酯预聚体；选取3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),利用其-NH2可与预聚体-NCO的反应将APTES引入到WPU分子链中,及乙氧基可水解缩合形成Si-O-Si交联结构的特点,制得单组份水性聚氨酯分散液；再加入亲水改性的聚异氰酸酯配制成有机硅改性双组份水性聚氨酯分散液。结果表明,有机硅氧烷的加入对双组份水性聚氨酯的热稳定性、耐溶剂性、耐水性都起到促进作用；有机硅氧烷改性双组份水性聚氨酯对三种溶剂侵蚀的抵抗力大小依次为：无水乙醇丙酮二氯甲烷；当APTES添加量为4%时,双组份水性聚氨酯的吸水率约为5.97%,拉伸强度提高了大约11MPa,而断裂伸长率降低了58%左右。第二部分,选用十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)两种表面活性剂以物理吸附的方式对多壁碳纳米管(MWCNT)进行表面修饰,以便提高其在WPU中的相容性；再与WPU共混制备不同MWCNTs分散液添加量的MWCNT/水性聚氨酯纳米复合材料。研究表明,当SDS/MWCNT添加量为8 wt%、 SDBS/MWCNT为4 wt%时,MWCNT在水性聚氨酯分散液基体中具有最佳的分散效果；MWCNT的加入对水性聚氨酯的耐热性、疏水性、耐水性及力学性能均产生了提高作用,水静态接触角最大提高了18°,吸水率可降低至10%,拉伸强度、断裂伸长率及弹性模量分别高达24.6 MPa、256%、335MPa; SDS/MWCNT相比于SDBS/MWCNT在纳米复合材料综合性能改善上表现出相对较好的效果；然而,MWCNT的加入却导致了水性聚氨酯材料的透光性降低。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;TB33

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本文编号：1229864