《水性含氟聚氨酯纳米SiO复合乳液的研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水性含氟聚氨酯纳米SiO复合乳液的研究.doc（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-范文最新推荐- 水性含氟聚氨酯纳米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。6715基于两步法原理，以正硅酸乙酯为前躯体，盐酸为催化剂，水和无水乙醇为溶剂，制备硅溶胶。再将硅溶胶与
2、APTES 封端的聚氨酯进行混合，制备出水性聚氨酯/SiO2有机无机杂化材料。硅溶胶的加入提高了水性聚氨酯的耐低温性能、耐热稳定性、耐水性、疏水性和拉伸强度，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Study on waterborne fluorinated polyurethane nanometer SiO2 composite emulsionAbstract:Hybridized waterborne polyurethane by nanomaterial is an important met
3、hod in the modification of waterborne polyurethane. In the previous researches， nanoparticles were directly added into waterborne polyurethane， which resulted in nanoparticle’s agglomeration and incompatibility between nanoparticles and polyurethane， and influenced the properties hybrid materi
4、als. In the thesis， waterborne polyurethane/SiO2 organic-inorganic hybrid materials based on sol-gel technology were prepared by using tetraethoxysilane(TEOS) as precursor， silane coupling agent 3-aminopropyltriethoxylsilane (APTES) as bridging agent between polyurethane and nanoparticles， respectiv
5、ely. Thus， nanoparticles were chemically bonded with polyurethane backbone. The effects of TEOS content on the structure and properties of hybrid materials were investigated. 目录摘要i1绪论11.1水性聚氨酯简介11.1.1水性聚氨酯的应用11.1.2水性聚氨酯的分类21.1.3水性聚氨酯的原料选择31.2纳米二氧化硅41.2.1纳米二氧化硅的概述41.2.2纳米二氧化硅的制备41.2.3纳米二氧化硅的分散51.3水性聚
6、氨酯纳米SIO2复合乳液51.3.1原位聚合法61.3.2插层法61.3.3机械共混法61.3.4溶胶-凝胶法61.4含氟水性聚氨酯72实验部分92.1实验原材料和药品92.1.1主要试剂92.2实验用仪器设备92.3试样制备102.3.1硅溶胶的制备102.3.2杂化材料的制备102.3.3杂化薄膜的制备112.4测试与表征112.4.1红外测试(FT-IR)112.4.2吸水率的测定112.4.3粒径及粒径分布测试122.4.4乳液稳定性测试12 1.1水性聚氨酯简介1.1.1水性聚氨酯的应用随着经济的发展和人类生活质量的提高，人们要求保护自我生存空间的呼声越来越高，环保法规也越来越严格。
7、传统的低固含量溶剂型涂料约含50%的有机溶剂，这些有机溶剂在涂料的制造及施工阶段排入大气，污染环境，危害人类健康1。例如传统的溶剂型聚氨酯涂料，由于含有较高的有机溶剂和一定量的游离异氰酸酯，在施工和应用过程中对人体周围环境能产生直接的危害。因此，发展以水作为介质代替有机溶剂的新型水性聚氨酯成为聚氨酯涂料的一个重要发展方向。目前，水性聚氨酯涂料以其无毒、难燃、不污染环境、节约有机溶剂等优异的综合性能，广泛应用于木器、塑料、金属、混凝土、皮革、纤维、建筑物、汽车等领域2。1.木器漆木器漆一般要求美观并有良好的耐磨性、耐玷污性。水性聚氨酯借助自身的柔韧性和弹性，可与丙烯酸树脂简单混合成交联后具有良好
8、的保光保色性!硬度以及质感好的涂料，木器漆己经成为水性聚氨酯乳液涂料的重要应用领域。2.建筑涂料水性聚氨酯涂料也可以作为外墙涂料，由于具有良好的耐光、耐候、耐寒、耐碱等性能。通常用于建筑外墙涂装的水性聚氨酯涂料是采用缩二脲交联的双组分涂料体系。3.汽车涂料世界环保组织要求水性化是汽车涂料的发展趋势。汽车从底漆、中涂漆、面漆、罩光漆以及修补漆等均采用水性聚氨酯。欧美国家已经完成汽车漆水性化的50%以上，其中底漆和中涂漆已经开始水性化。4.其他领域的应用水性聚氨酯涂料对塑料底材有很好的附着力，耐划伤性!耐溶剂性好。水性聚氨酯皮革涂饰剂，不但具有高弹性、柔韧性，高拉伸强度，耐磨性、耐大气老化性好等优
9、越性能，而且颜色鲜艳，加工性能好，使得聚氨酯皮革逐渐代替PVC，在衣着、皮革、家庭装饰等领域得到广泛应用。硕士论文水性聚氨酯/改性纳米二氧化硅复合涂料的研究 水性聚氨酯涂料制备中常用的低聚物多元醇，以聚酯二醇、聚醚二醇居多，有时还使用聚醚三醇，低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇等。由于聚醚型聚氨酯低温柔顺性好，耐水性较好，而且常用的聚氧化丙烯二醇的价格较低，大多数水性聚氨酯开发均以此为原料。（2）多异氰酸酯常见的二异氰酸酯品种列于表1-2，其中任何一种都可用于制备水性聚氨酯，不同品种的选择主要是根据产品性能的需要和生产成本的权衡。其中TDI产品强度高、成本较低，但容易变黄；而HDI产品不易变黄，
10、但成本高且毒性较大。表1-2 不同二异氰酸酯的比较二异氰酸酯特点TDI易挥发，强度高，遇光不稳定，成本低MDI不易挥发，常温为固体，强度高，低毒HDI不变黄，强度低，毒性大IPDI不变黄，强度高，活性较高，成本较高H12MDI不变黄，强度高，活性小不同二异氰酸酯的反应活性有一定的差别，它们之间的活性关系表示如下：2，4-TDI>MDI>2，6TDI>HDI>IPDI>H12MDIR-CO中，R基团对异氰酸根的反应活性影响很大。若R共扼吸电子，能使-NCO中碳原子的电子云密度更加降低，使得亲核反应更易进行，提高了二异氰酸酯的反应活性4。由此可以看出，芳环于异氰酸酯形
11、成的共扼结构极大的提高了异氰酸酯的活性。（3）扩链剂水性聚氨酯制备中，常常使用扩链剂，其中可引入离子基团的亲水性扩链剂有多种，除此之外还常使用1，4-丁二醇、乙二醇、一缩乙二醇、己二醇、乙二胺、二乙烯三胺等扩链剂。由于胺于异氰酸酯的反应活性比水高，可将二胺扩链剂混合于水中或制成酮亚胺，在乳液分散的同时进行扩链反应。 1.2.2纳米二氧化硅的制备制备纳米 SiO2的方法主要有气相法、沉淀法、溶胶凝胶法等。化学沉淀法是目前生产纳米二氧化硅最主要的方法。这种方法的基本原理是利用金属盐或碱的溶解度， 调节溶液酸度、温度、溶剂， 使其产生沉淀， 然后对沉淀物进行洗涤、干燥、热处理制成超细粉体5。可以采用
12、硅酸钠和氯化铵为原料，以乙醇水溶液为溶剂， 采用化学沉淀法制备得到纳米SiO2 6。将去离子水与无水乙醇以一定浓度混合盛于三口瓶中， 加入一定质量的硅酸钠和少量分散剂， 置于恒温水浴中， 凋节至40±1， 搅拌状态下加入氯化铵溶液， 即出现乳白色沉淀， 洗涤， 抽滤， 100烘干，置于马弗炉450 焙烧1h， 得到白色轻质的SiO2 粉末。所得SiO2 颗粒为无定形结构， 近似球形， 粒径3050nm， 部分颗粒间通过聚集相互联结， 表面有蜂窝状微孔。以水玻璃(模数为3.3)和盐酸为原料，在超级恒温水浴中控制在4050 左右进行沉淀反应， 控制终点pH 值56， 得到的沉淀物采用
13、离心法洗涤去掉Cl-， 然后在110下干燥12h， 再于500进行焙烧即可得到产品。制得SiO2粒径在5060nm， 比表面积大，分散性好。化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉， 能耗小， 工艺简单， 易于工业化等优点， 但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题。1.2.3纳米二氧化硅的分散由于纳米SiO2的吸水性、表面的重新结合及粒子间的相互聚集而发生团聚。因此，必须对其分散或改性。根据分散方法的不同，可以分为物理分散和化学分散。（1）物理分散改性物理改性是采用粉碎、磨擦等方法，利用机械应力(如高速剪切机)对粒子进行表面激活，改变其表面的晶体结构，使分子晶格发生位移、内能增大等，对其进行表面改
14、性；或利用超声波的强冲击波或微射流等减小纳米SiO2间的相互作用力，防止它们之间的团聚。为了得到较好的分散效果，可在机械分散时加入适量分散剂或表面活性剂。 1.3.2插层法插层法是指将有机单体插入无机物夹层间进行原位聚合或将聚合物直接插进无机物夹层所形成的纳米复合材料。分为聚合物熔融插层、聚合物溶液插层和单体插层原位聚合。将这种方法制得的纳米材料混合于水性PU 中，经过适当的处理，可得到具有良好分散性的有机/无机纳米复合材料。因无机物是以纳米片层状分布于聚合物有机相中，故能增加复合材料的模量、硬度、阻隔性和阻燃性等，但插层法只适合蒙脱土类的层状无机材料，对材料的弹性和永久变形有一定的影响。1.3.3机械共混法共混法制备材料主要可归纳为3 步：制备纳米粒子；合成树脂；均匀混合2 种物系。这种方法关键是选择合适的工艺条件，使纳米粒子能稳定地分散在基料中。因此除采用分散剂、偶联剂或表面活性剂等处理外，还可采用高速分散或超声波辅助分散。共混法主要包括溶液共混和乳液共混法，其中溶液共混的制备过程大致为：将基体树脂溶于良溶剂中；然后加入纳米粒子，充分搅拌使之均匀分散；最后成膜、固化。乳液共混法需要先制备聚合物乳液，然后与纳米粒子混合，最后成膜。由于共混法中纳米粒子与聚合物的混合可以分步进行，且纳米粒子的形态尺寸易控制，工艺更为简单，所以在工业生产中主要采用共混法。1.3.4溶胶-凝胶法
