聚氨酯-丙烯酸酯/纳米SiO_2复合乳液的合成及性能表征

【摘要】水性聚氨酯具有无污染、机械性能优良、安全可靠、易于改性、生物相容性好等优点。溶剂型聚氨酯树脂已逐步被水性化的聚氨酯取代,水性聚氨酯成为聚氨酯工业发展的重要方向。水性聚氨酯可广泛应用在胶粘剂、涂料、皮革涂饰剂、整理剂与织物涂层、纤维表面处理剂和纸张表面处理剂。可是,聚氨酯水性化以后将会导致使胶膜的耐水性变差,并且水性聚氨酯的耐候性和保光泽性还不够好,这些弊端大大阻碍了水性聚氨酯材料在各个领域的推广和应用。因此,对水性聚氨酯进行改性就显得格外的重要。目前,常用的改性方法有丙烯酸改性、纳米改性、环氧改性、有机硅改性以及有机氟改性等。聚丙烯酸酯具有优异的耐水性、耐候性和保光性,并且价格低廉,正好可以弥补水性聚氨酯耐水性不足。纳米二氧化硅是具有高强度、稳定性好、疏水性好等特点的无机材料,可以弥补水性聚氨酯耐水性的不足,本文主要采用纳米二氧化硅和丙烯酸酯对水性聚氨酯进行改性,本文主要内容分为三部分：(1)原位聚合法聚氨酯-丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液的制备及性能测试首先采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅(SiO2)溶胶,经过γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)进行改性后,与丙烯酸酯单体(BA和MMA)及双键封端的水性聚氨酯(WPU)进行自由基共聚反应,制备得到聚氨酯-丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液(S-SPUA).采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和透射电子显微镜(TEM)对共聚物组成、乳胶粒的形态进行表征,拉伸实验、扫描电镜(SEM)和热重分析分别研究了S-SPUA胶膜的力学性能、表面形貌和热性能。结果表明,随改性纳米SiO2质量分数的增加,胶膜的力学性能和热稳定性均明显改善,当改性纳米二氧化硅含量为8.0wt%时,胶膜的最大热失重速率对应温度为413℃,吸水率4.1%,拉伸强度17.7MPa,邵A硬度达到93。(2)溶胶凝胶法聚氨酯-丙烯酸酯/米SiO2复合乳液的制备及性能测试首先用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)作为硅烷偶联剂,用正硅酸乙酯(TEOS)作为体系的前驱物,然后采用溶胶-凝胶法制备聚氨酯-丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液(G-SPUA)。傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和透射电子显微镜(TEM)对共聚物组成、乳胶粒的形态进行表征,以拉力机、扫描电镜(SEM)和热重分析仪分别对G-SPUA胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,随正硅酸乙酯质量分数的增加,胶膜的力学性能和热稳定性均明显改善,当正硅酸乙酯含量为8.0wt%时,胶膜的最大热失重速率对应温度为416℃,吸水率5.8%,拉伸强度16.8MPa,邵A硬度达到94。(3)不同离子型聚氨酯/纳米SiO2复合乳液的制备及性能测试分别采用2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)和非离子聚醚二元醇(YMERN-120)这三种亲水单体合成阴离子(ASPU-15)、阳离子(CSPU-15)和非离子型(NSPU-15)聚氨酯/米SiO2的复合乳液。采用粒径分析、SEM、FT-IR、DSC、TGA、XRD和拉伸性能测试等对三种复合材料的乳液状态、膜结构和性能进行表征,讨论了正硅酸乙酯(TEOS)含量对乳液状态及胶膜性能的影响。结果显示,非离子型聚氨酯/纳米SiO2的复合乳液的乳液粒径较大；结晶性强度大小的趋势为：NSPU-15>CSPU-15>ASPU-15;拉伸强度大小和邵氏硬度大小：ASPU-15>CSPU-15>NSPU-15;阴离子型和阳离子型水性聚氨酯/米SiO2的复合胶膜的力学性能、热学性能和耐水性较好,非离子型水性聚氨酯/纳米SiO2的复合胶膜的柔顺性和耐酸碱性较好。因此,实际应用中根据不同的需求选择不同类型的复合材料。
【作者】吴立霞；
【导师】黄毅萍；
【作者基本信息】安徽大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】水性聚氨酯；纳米SiO2；丙烯酸酯；原位聚合法；溶胶凝胶法；

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