【硕士】天然高分子改性水性聚氨酯的合成及性能研究

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内容简介

　　【硕士】天然高分子改性水性聚氨酯的合成及性能研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：武汉理工大学　　学位年度：2011　　 水性聚氨酯(WPU)是以水为分散介质的二元胶态体系，不仅保留了传统溶剂型聚氨酯的一些优良性能，如良好的耐磨性、柔顺性、耐低温性和耐疲劳性等，而且具有无毒、不易燃、无污染、节能、安全可靠等优点，这使得水性聚氨酯己成功地应用在溶剂型聚氨酯所覆盖的领域。近年来，随着人们对淀粉、纤维素、甲壳素及大豆蛋白等天然高分子研究加深，发现用之来填充改性聚合物材料可以起到很好的增强效果。而且天然高分子资源丰富，成本低廉，并且可完全生物降解，避免了废弃物的污染。因此，用天然高分子来改性水性聚氨酯，研究和制备性能更加优异的新型水性聚氨酯复合材料具有重要的意义，符合可持续发展战略。本论文研究了水性聚氨酯的合成工艺，并通过直接物理共混，流延／蒸发成膜的方法制备了水性聚氨酯／甲壳素晶须，水性聚氨酯／淀粉纳米晶，以及水性聚氨酯／豌豆分离蛋白复合材料，并对复合材料薄膜进行了表征和讨论，重点集中在复合材料内各组分间的相容性、形态及结构与性能之间的关系等方面。研究表明，用甲壳素晶须、淀粉纳米晶和豌豆分离蛋白改性过后的水性聚氨酯力学性能得到了明显的提高，起到了很好的增强效果。　　 本论文主要研究结果如下：1．通过流延成膜方法，成功制备了甲壳素晶须复合改性水性聚氨酯的新型复合材料。复合材料的强度和模量都同时得到了提高，并且断裂伸长率保持在500％以上。当甲壳素晶须的含量为3 wt％时，复合材料具有最大的拉伸强度(20．8 MPa)，大约是WPU的1．8倍。当甲壳素晶须的含量增加到5 wt％时，复合材料具有最大的杨氏模量(9．6 MPa)，大约提高了220％；2．采用高含量的淀粉纳米晶作为填料复合改性水性聚氨酯。复合材料的强度和模量都同时得到了提高，并且断裂伸长率保持在300％以上。当淀粉纳米晶的含量为10 wt％时，复合材料具有最大的拉伸强度(31．1 MPa)，大约比WPU增加了1．8倍。当淀粉纳米晶的含量增加到30 wt％时，复合材料具有最大的杨氏模量(204．6 MPa)，大约提高了6720％。本工作拓展了淀粉纳米晶改性WPU的工作，通过控制制备纳米复合材料中淀粉纳米晶的沉降，成功制各了一系列不同含量的WPU／StN纳米复合材料，提高了淀粉纳米晶的利用率；3．首次采用豌豆分离蛋白复合改性水性聚氨酯，并避免了传统热压的方法来制备蛋白质复合材料，直接用简单的流延成膜的方法成功制备了一系列不同含量的WPU／PPI复合材料。当豌豆分离蛋白的含量为20 wt％时，复合材料具有最大的拉伸强度(23．7MPa)，大约比WPU增加了1．1倍。当豌豆分离蛋白的含量增加到40 wt％时，复合材料具有最大的杨氏模量(126．8 Mea)，大约提高了4130％，此时复合材料的断裂伸长率仍然维持在300％左右。　　 总之，本论文通过一种简单的合成工艺，成功的用甲壳素晶须、淀粉纳米晶和豌豆分离蛋白复合改性了水性聚氨酯，制得了三种力学性能优良的生物可降解材料，并且研究了复合材料结构与性能之间的关系。此外，本论文不仅拓宽了水性聚氨酯的改性方法，而且拓展了天然高分子的应用，在工业、日用、农业和环保领域中很有应用前景，符合国家目标和可持续发展战略，具有一定的实际应用价值。　　

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