【硕士】水性聚氨酯复合材料的制备及其性能研究

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内容简介

　　【硕士】水性聚氨酯复合材料的制备及其性能研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：中国科学技术大学　　学位年度：2011　　 水性聚氨酯由于以水做溶剂，具有环境友好性，因而得到人们的推广。但是和溶剂型聚氨酯相比，其耐水性、力学性能、耐热性能都有不足之处，所以为了提高水性聚氨酯的综合性能，我们对其进行无机纳米Ti02改性，这是因为无机纳米Ti02具有化学稳定性好、力学强度高、高紫外吸收等一系列优点，使其在改善水性聚氨酯的综合性能方面得到了很大的关注。不过纳米二氧化钛表面能很高，粒子之间趋向于聚集，从而形成二次粒子，在制备的复合材料中易成为应力集中点，从而限制了它的使用。为了获得纳米粒子在有机高分子基体中的高分散性，对纳米粒子进行有机改性，成为最近研究的热点，可是由于纳米粒子上的反应基团数量有限，使得此种方法受到一定的限制，采用高速搅拌、超声分散的机械强作用力虽然可以暂时使纳米粒子分散性变好，但是在制备过程中，由于纳米粒子之间的相互作用力远远强于纳米粒子与聚氨酯高分子间的作用力导致此种方法受到限制。　　 综合上述存在的问题，在本文中，我们采用了两种试验方案对此进行研究，第一种是：采用高速搅拌、超声分散的机械强作用力使纳米粒子分散性变好，同时在制备过程中，对纳米Ti02进行硅烷偶联剂改性，使其表面带有高分子基团，从而达到与聚氨酯的相容性更好的效果，并在水性聚氨酯乳化过程中加入聚丙烯酸钠作为高分子分散剂进一步提高纳米Ti02与聚氨酯基体的相容性，从这三方面提高有机／无机相的相容性。对制备的复合乳液通过干燥成膜，制备了一系列硅烷偶联剂改性的Ti02／水性聚氨酯复合薄膜，与未改性纳米Ti02／水性聚氨酯复合薄膜的性能进行比较，验证了改性纳米二氧化钛作为无机添加相制备的水性聚氨酯复合薄膜比未改性纳米二氧化钛作为无机相制备的水性聚氨酯复合薄膜具有更好的力学性能、耐水性和耐热性。　　 本文还在酸性条件下，通过溶胶一凝胶法制备二氧化钛，然后在二氧化钛溶胶状态下加入到KH550封端的聚氨酯预聚体中进行反应，最后加水乳化，制备二氧化钛／水性聚氨酯杂化材料，通过对此种杂化薄膜进行光学性能、机械性能等进行一系列测试，发现随着二氧化钛的加入和含量的提高，其光学折射率、紫外吸收强度、耐热性能、拉伸强度、耐磨性都得到很大的提高，而且通过对杂化薄膜的微观状态进行扫描电镜分析，发现二氧化钛是以小于10nm的粒径分散在聚氨酯中的，有机／无机相的相容性很好，从而减少了因为纳米粒子聚集而带来的一系列性能上的变差，可制得纳米级的二氧化钛／水性聚氨酯杂化材料。　　

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