磺酸盐型水性硝化纤维素乳液的合成及性能研究

发布时间：2017-12-15 12:34

  本文关键词：磺酸盐型水性硝化纤维素乳液的合成及性能研究

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【摘要】：硝基漆具有易打磨修补、漆膜硬度高、干燥速率快、施工简便等优良性能,在施工过程中造成的漆膜瑕疵可通过打磨、擦蜡上光来处理,此外硝基漆还具有良好的户外耐候性和修饰性。因此,硝基漆在文具涂饰、交通工具修补、家具和家居涂装等领域有广泛应用。然而,传统硝基漆的分散介质是有机溶剂,它的VOC含量严重超标,大量使用不仅会造成资源的浪费、污染环境,而且对施工人员和消费者的身体健康造成很大威胁,因此传统硝基漆的使用受到了限制,用水取代污染环境、昂贵的有机溶剂势在必行,以水作为分散介质生产环保的硝基涂料成为发展趋势。硝化纤维乳液作为硝基涂料的成膜物质,对其进行改性成为亲水性乳液显得尤为重要。参阅了大量国内外相关文献,以提高水性硝化纤维乳液(WNC)涂膜综合性能为目的,本论文通过分子设计调整采用磺酸基作为亲水基团,羟基、氨基作为反应基团与异氰酸酯基发生反应生成异氰酸酯基封端的亲水性预聚体,通过该预聚体上的异氰酸酯基与硝化纤维分子上羟基的反应将亲水基团引入到硝化纤维分子上,使硝化纤维乳液具有自行乳化的功能,均匀分散在水中,形成粒径小且均匀的乳液,制备出一种性能良好且稳定的磺酸盐型水性硝化纤维乳液。为了进一步提升所制备的水性硝化纤维乳液综合性能,本论文采用聚乙烯醇(PVA)对已合成的磺酸盐型水性硝化纤维乳液进行共混改性,制备出兼具二者优点的聚乙烯醇改性磺酸盐型水性硝化纤维(PVA/ASWNC)复合乳液。具体工作主要分为以下三个部分:(1)N,N-二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠为亲水扩链剂的水性硝化纤维的制备及性能研究采用N,N-二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠(BES-Na)为亲水扩链剂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、硝化纤维素(NC)为主要原料,通过自乳化法制备了羟基磺酸盐型水性硝化纤维(HSWNC)乳液。探索了IPDI与NC的摩尔比、BES-Na用量对乳液粒径及涂膜性能的影响,得到最佳合成实验条件:IPDI与硝化纤维(NC)的摩尔比为0.83:1,BES-Na的用量为15%。在最佳实验条件下测得乳液平均粒径为37.4 nm,PDI为0.275;涂膜吸水率为9.28%。红外分析结果表明N,N-二(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠已接枝到硝化纤维上并未破坏硝化纤维分子原有结构,TGA分析表明HSWNC涂膜的热稳定性与硝化纤维相比有所提高,涂膜耐水性较好。(2)1,5-二氨基-3-磺酸钠为亲水扩链剂的水性硝化纤维的制备及性能研究采用1,5-二氨基-3-磺酸钠为亲水扩链剂,以异佛尔酮二异氰酸酯、硝化纤维素为主要原料,通过自乳化法制备了氨基磺酸盐型水性硝化纤维(ASWNC)乳液。探索了IPDI与1,5-二氨基-3-磺酸钠摩尔比、硝化纤维用量对乳液粒径及涂膜性能的影响,得到最佳合成实验条件:IPDI与1,5-二氨基-3-磺酸钠的摩尔比为1.20:1,硝化纤维的用量为12%。在最佳实验条件下测得乳液平均粒径为45.52nm,PDI为0.136;涂膜吸水率为10.3%,涂膜表面平整。红外和XPS分析结果表明1,5-二氨基-3-磺酸钠已成功接枝到硝化纤维上,TGA分析表明ASWNC涂膜的热稳定性与硝化纤维相比有所提高。(3)聚乙烯醇改性水性硝化纤维乳液的性能研究制得的氨基磺酸盐型水性硝化纤维乳液(ASWNC)与聚乙烯醇(PVA)进行物理共混制备出PVA/ASWNC复合乳液。通过乳液稳定性测试、粒径大小和粒径分布测量以及膜的水接触角、吸水率和力学性能测试,考察了PVA用量对复合乳液及其涂膜性能的影响。结果表明当PVA含量为5%时,PVA/ASWNC复合乳液具有良好的室温贮存稳定性,涂膜拉伸强度为10.4 MPa,断裂伸长率为359.4%。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜和热重分析仪对最优条件下所制的PVA/ASWNC复合乳液与ASWNC乳液进行了研究比较。与ASWNC乳液相比,PVA/ASWNC复合乳液的粒径有所减小,其涂膜的热稳定性和力学性能均有所提高。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ630.1

【参考文献】

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本文编号：1292009