納米纖維素的可控制備及其對(duì)水性聚氨酯的增強(qiáng)作用.pdf

1、水性聚氨酯以水替代有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而且耐油、耐低溫、耐屈撓、耐化學(xué)品、安全可靠，但力學(xué)性能較低。利用納米纖維素的增強(qiáng)效應(yīng)來增強(qiáng)水性聚氨酯，可能是提高其力學(xué)性能和使用性能的有效途徑。為此，學(xué)位論文圍繞納米纖維素的可控制備及其對(duì)水性聚氨酯的增強(qiáng)作用機(jī)制展開研究。探索了機(jī)械剪切和酸水解制備納米纖維素的工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了纖維素形態(tài)尺寸的可控制備，探索了n(NCO)/n(OH)即R值對(duì)水性聚氨酯力學(xué)性能的影響規(guī)律，優(yōu)化了

2、水性聚氨酯的制備工藝，在此基礎(chǔ)上探索了納米纖維素形態(tài)尺寸對(duì)水性聚氨酯乳液穩(wěn)定性和薄膜強(qiáng)度的影響規(guī)律和內(nèi)在機(jī)制。
　　(1)機(jī)械剪切作用對(duì)纖維素形態(tài)有顯著影響。在無級(jí)變速攪拌剪切機(jī)中隨著剪切速率和剪切時(shí)間的增加，纖維素的長度和直徑減小，棉纖維由圓柱體狀轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娲嬖诩{米級(jí)微纖絲的細(xì)長棒狀，長度由53.21μm縮短到40.07μm，直徑由10.00μm縮短到4.00μm，平均長徑比由5∶1增加到10∶1。
　　(2)硫酸水解法的

3、硫酸濃度對(duì)纖維素長度、長徑比、微觀形貌都有較大的影響。隨著硫酸濃度的增加，纖維素的長度和直徑迅速減小，棉纖維由開叉短棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣?xì)長短棒狀。長度由27.87μm縮短到0.23μm，直徑從5.00μm縮短到25.00 nm，平均長徑比由5∶1增加到10∶1。
　　水解溫度對(duì)纖維素微觀形貌同樣具有較大的影響。隨著水解溫度的升高，纖維素的長度和直徑都減小，棉纖維由光滑細(xì)長棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣?xì)長飛梭狀。長度由0.23μm縮短到0.20μm，

4、直徑由25.00 nm縮短到20.00 nm，平均長徑比基本不變，仍然為10∶1。
　　水解時(shí)間對(duì)纖維素長度、長徑比、微觀形貌都有較大的影響。隨著水解時(shí)間的增加，纖維素的長度和直徑減小，棉纖維由光滑短棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣?xì)長棒狀。長度由2.36μm縮短到0.23μm，直徑由300.00 nm縮短到25.00 nm，平均長徑比從8∶1增加到10∶1。
　　(3)探究了R值對(duì)水性聚氨酯聚合度和強(qiáng)度的作用規(guī)律。隨著R值的增加，水性聚氨酯

5、乳液粘性降低、聚合度降低、粒徑變大、儲(chǔ)存穩(wěn)定性降低、耐水性提高，拉伸強(qiáng)度提高，斷裂伸長率降低。確定了R值為1.4時(shí)，水性聚氨酯的綜合性能最優(yōu)，其黏度為21.4 mPa·s、粒徑為89 nm、儲(chǔ)存穩(wěn)定性為兩個(gè)月以上、外觀為乳白色泛藍(lán)光、24 h吸水率為11.79％、拉伸強(qiáng)度為5.69 MPa以及斷裂伸長率為886％。
　　(4)具有納米級(jí)尺寸(≤0.23μm)、高長徑比(9∶1～10∶1)及細(xì)長短棒狀與飛梭狀微觀形貌特征的纖維素，使

6、纖維素/水性聚氨酯復(fù)合乳液具有較優(yōu)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。納米纖維素/水性聚氨酯復(fù)合乳液常溫下可存放三個(gè)月以上，凍融穩(wěn)定性達(dá)6次。
　　(5)具有納米級(jí)尺寸(≤0.49μm)、高長徑比(9∶1～10∶1)及細(xì)長短棒狀與飛梭狀微觀形貌特征的纖維素，使纖維素/水性聚氨酯復(fù)合薄膜具有較高的硬度。納米纖維素/水性聚氨酯復(fù)合薄膜的硬度達(dá)到3H～4H。
　　(6)具有納米級(jí)的尺寸(≤0.49μm)、較高的長徑比(9∶1～10∶1)及細(xì)長短棒狀、絲

7、狀及飛梭狀微觀形貌特征的纖維素，使纖維素/水性聚氨酯復(fù)合薄膜具有較高的力學(xué)性能。添加納纖維素使水性聚氨酯薄膜的拉伸強(qiáng)度從5.69 MPa提高到25.41 Mpa(提高346.57％)。
　　本論文的創(chuàng)新性在于:首次探索了纖維素形態(tài)、尺寸可控制備的技術(shù)，并通過調(diào)節(jié)機(jī)械剪切和酸水解工藝技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了納米纖維素形態(tài)、尺寸的可控制備;首次探索了納米纖維素形態(tài)、尺寸對(duì)水性聚氨酯乳液穩(wěn)定性和薄膜強(qiáng)度的影響規(guī)律，提出了納米纖維素增強(qiáng)水性聚氨酯