《水性含氟硅聚氨酯乳液纳米SiO复合乳液的研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水性含氟硅聚氨酯乳液纳米SiO复合乳液的研究.doc（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-范文最新推荐- 水性含氟硅聚氨酯乳液纳米SiO2复合乳液的研究 摘要：纳米杂化改性水性聚氨酯是水性聚氨酯改性的一种重要方法。在以往的研究中主要直接在聚氨酯中添加纳米粒子，而纳米粒子易于团聚，与聚氨酯的相容性较差，影响杂化材料的性能。本论文基于溶胶凝胶法的制备原理，以正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体，以硅烷偶联剂 γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）为纳米粒子与聚氨酯的连接桥梁，制备出以化学键键合的水性聚氨酯/SiO2有机无机杂化材料，研究不同正硅酸乙酯含量对杂化材料结构与性能的影响。4201本文是利用聚氨酯主链末端键接的 APTES 与 TEOS 直接杂化，原位生成纳米SiO2，
2、制备水性聚氨酯/SiO2杂化材料，该杂化乳液具有良好的贮藏稳定性。正硅酸乙酯水解合制备纳米粒子，纳米粒子均匀地分布在聚氨酯基体中，没有发生明显的团聚现象，其粒径约为 50nm。硅烷偶联剂将水性聚氨酯和 SiO2以化学键的形式连接起来，提高了二者之间的相容性。正硅酸乙酯的加入影响了聚氨酯的结晶性能，而且使杂化材料具有良好的耐低温性能、耐热稳定性、耐水性以及疏水性，拉伸强度增强，断裂伸长率、玻璃化温度下降。关键词：水性聚氨酯/ SiO2杂化材料；溶胶凝胶法；γ-氨基丙基三乙氧基硅烷；正硅酸乙酯Synthesis and Properties of Fluorine-containing
3、 Wateborne Polyurethane Hybridized with NanosilicaAbstract:Hybridized waterborne polyurethane by nanomaterial is animportant method in the modification of waterborne polyurethane. In the previous researches, nanoparticles were directly added into waterborne polyurethane, which resulted in nanopartic
4、le’s agglomeration and incompatibility between nanoparticles and polyurethane, and influenced the properties hybrid materials. In the thesis, waterborne polyurethane/SiO2 organic-inorganic hybrid materials based on sol-gel technology were prepared by using tetraethoxysilane(TEOS) as precursor,
5、silane coupling agent 3-aminopropyltriethoxylsilane (APTES) as bridging agent between polyurethane and nanoparticles, respectively. Thus, nanoparticles were chemically bonded with polyurethane backbone. The effects of TEOS content on the structure and properties of hybrid materials were investigated
6、. 1.4展望41.5选题目的与意义42实验部分62.1实验原材料和药品6主要试剂62.2实验用仪器设备72.3水性含氟硅聚氨酯乳液/纳米SIO2复合乳液的合成102.3.1实验原理112.3.2实验步骤112.4分析与测试122.4.1 固含量的测定122.4.2乳液外观122.4.3粒径及其分布122.4.4耐水性122.4.5耐酸性122.4.6耐碱性132.4.12扫描电子显微镜SEM132.4.15红外测试（FT-IR）133结果与讨论143.1水性聚氨酯/SIO2杂化材料的合成探索143.2工艺因素的影响143.2.1 TEOS 的用量确定以及加入方式143.3 SEM 分析153
7、.4 傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析173.5水性含氟硅聚氨酯乳液的粒径分析193.6固含量203.6水性聚氨酯及杂化乳液的外观以及贮存稳定性213.7耐水性及耐酸耐碱性224结论23致谢24参考文献251绪论水性聚氨酯(WPU)是指聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一种聚氨酯体系，也有人称为水系聚氨酯或水基聚氨酯。1943年原西德的Schlack P在乳化剂和保护胶体的存在下，将二异氰酸酯在剧烈搅拌下乳化于水中并添加二胺，首次成功研制了水性聚氨酯。70年代工业化生产后，WPU发展迅速。 1.2含有机硅的水性聚氨酯以有机硅材料改性WPU是最近几年新兴的改性方法，其中以有机硅、蒙脱土复合改性
8、聚氨酯和有机硅、聚氨酯互穿网络改性的方法尤为新颖。有机硅化合物具有表面能低、耐低温性优、耐老化性强、耐介质（如水或有机溶剂等）性好以及耐辐射性佳等诸多特点，但其力学强度较低。采用有机硅氧烷改性WPU，既可以弥补有机硅氧烷的不足，又可以得到耐水性好、耐油污性强和耐高低温性优异的WPU材料。采用各种方法将有机硅-聚氨酯结合将憎水基团引入聚氨酯的分子中，使膜的表面能和粘性极大降低，同时也能将涂膜的硬度和耐老化性加强。有机硅改性后的聚氨酯，应用范围已经扩大到皮革涂饰剂、涂料、胶粘剂、密封剂、织物整理剂等领域，具有很大的发展潜力。1.3纳米改性水性聚氨酯水性聚氨酯-无机杂化材料是现在研究的重点与热点，水
9、性聚氨酯通过与无机材料杂化可以将聚氨酯的柔顺性、韧性、可加工性和无机材料的刚性、热稳定性和尺寸稳定性等完美地结合起来5。它不仅可以提高或改善水性聚氨酯的机械强度、耐热稳定性、耐溶剂耐水性等性能6-8，还可赋予聚氨酯新的功能，如防霉9、阻燃10、杀菌11-12、导电13、保温隔热14等。此外还可以通过调节无机相和有机相的组分及比例，从而实现对杂化材料功能的“剪裁”和“组装”15。常见的无机材料主要为无机纳米材料，包括纳米碳管、蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等16。纳米 SiO2在工业上被称为“超微细白炭黑”，它具有良好的
10、物理和化学稳定性，对材料具有增强增韧作用17。与其他纳米材料相比，纳米 SiO2原料来源较广、成本相对较低18。因此，水性聚氨酯/SiO2杂化材料愈来愈受到社会的青睐与重视。 制备纳米 SiO2的方法主要有气相法、沉淀法、溶胶凝胶法等21。气相法制备的纳米 SiO2是无色无味的无定形粉末。它的表面积大且结构比较紧密，与聚合物有较强的物理作用。沉淀法制备的 SiO2结构疏松，存在毛细管现象，空气容易进入，因此内部易被氧化，从而造成性能下降，甚至失去纳米粒子的特性。沉淀法制备的 SiO2是湿法生产，使得纳米粒子表面含有较多的硅醇（Si-OH）基团，因此比气相法制备的 SiO2更容易团聚，所以很少将
11、沉淀法制得的纳米 SiO2用于杂化材料的制备。硅氧烷前驱体经溶胶凝胶后原位生成胶体 SiO2，常见的硅氧烷前驱体有正硅酸乙酯（TEOS）、正硅酸甲酯（TMOS），有时候硅烷偶联剂也可作为溶胶凝胶的前驱体。胶体 SiO2易于均相分散、表面性能可调，且主要以溶胶的形式存在于水或醇等分散介质中，常用于聚合物/ SiO2杂化材料的制备。1.3.2原位溶胶-凝胶法水性聚氨酯/SiO2杂化材料的制备如在聚合物中直接添加纳米粉体，由于纳米粒子易于团聚，从而影响了杂化材料的性能。即使是在聚合物或单体中引入反应的基团提高无机相与有机相的相容性，使用的也是纳米粉体，无法避免团聚。而对于正硅酸乙酯、硅烷偶联剂溶胶凝
12、胶原位制备水性聚氨酯/SiO2杂化材料的研究几乎没有。基于溶胶凝胶法制备杂化材料的基本原理、方法、结构和性能，对水性聚氨酯进行分子设计，在聚氨酯主链上引入官能型硅烷偶联剂γ-氨基丙基三乙氧基硅（APTES），利用正硅酸乙酯驱体和硅烷偶联剂APTES水解缩合制备杂化材料。因此本论文的思路是将溶胶凝胶前驱体添加到硅烷偶联剂APTES封端的聚氨酯预聚体中，利用溶胶凝胶法生成纳米粒子。硅烷偶联剂的引入不仅减少纳米粒子的团聚，而且使得聚氨酯与纳米粒子形成半互穿网络结构，实现聚氨酯与纳米粒子的化学键合，增强有机相和无机相的相容性，提高杂化材料的机械性能、耐水解性能以及耐热稳定性等性能。 2实验
13、部分原位溶胶凝胶法制备水性聚氨酯杂化材料。首先制得硅烷偶联剂APTES封端的聚氨酯预聚体，然后将正硅酸乙酯添加到水性聚氨酯中去，正硅酸乙酯不仅在水性聚氨酯中溶胶凝胶原位生成纳米SiO2，而且还与聚氨酯预聚体分子链上的硅烷偶联剂在水中水解缩合，实现无机相和有机相的化学键合。通过红外光谱、差示扫描量热、光电子能谱、扫描电镜、透射电镜等分析和测试手段初步探讨了水性聚氨酯杂化材料结构与性能的关系。2.1实验原材料和药品主要试剂表2.1 实验药品一览表药品名称规格来源甲苯二异氰酸酯TDI分析纯国药集团化学试剂有限公司聚醚N210分析纯国药集团化学试剂有限公司二羟甲基丙酸DMPA分析纯国药集团化学试剂有限
14、公司1,4-丁二醇BDO分析纯国药集团化学试剂有限公司一元氟醇分析纯国药集团化学试剂有限公司3-氨丙基三乙氧基硅烷APTES分析纯国药集团化学试剂有限公司三乙胺TEA分析纯国药集团化学试剂有限公司正硅酸乙酯TEOS分析纯国药集团化学试剂有限公司丁酮分析纯上海凌峰化学试剂有限公司图2.1 N210、TDI、DMPA、TEA、氨水、氟醇、丁酮2.2实验用仪器设备首先，在装有搅拌、温度计、冷凝管的三口瓶中，用甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚N210、二羟甲基丙酸(DMPA)等为原料采用制备出以氟醇和硅烷偶联剂为封端剂的含氟硅水性聚氨酯，通过红外光谱(FT-IR)、测试对FWPU进行了表征，研究了合成的
15、工艺条件(包括引发剂的用量选择，反应时间、温度的控制)，讨论氟元素含量、DMPA含量、R值(NCO与OH摩尔比)等对FWPU乳液贮存稳定性和乳胶膜耐水耐油性能的影响，研究其固含量和粘度以及其它性能。 JJ-1精密增力电动搅拌器用于反应时的搅拌工作，通过旋转转速旋钮来调整搅拌棒的搅拌速度。搅拌棒连接在电机下方的橡皮管中。（3）SHZ-D（III）循环水式真空泵图 2.5 SHZ-D（III）循环水式真空泵及其表盘使用SHZ-D（III）循环水式真空泵前，要检查水泵内储水的水位，最佳水位在2/3到3/4之间，还要注意及时更换被有机物污染的水，以免造成损坏。抽真空时，检查各接口的密闭性，尽量达到-0.09MPa以下除水。（4）MS2000激光粒度分布测试
