納米改性水性聚氨酯研究.pdf

1、對水性聚氨酯改性常見的方法有丙烯酸改性、環(huán)氧樹脂改性、有機(jī)硅改性、氟改性、植物油改性等,這些改性方法能有效提高水性聚氨酯的耐水性、物理機(jī)械性能,但是卻不能賦予材料聲、光、電、磁、熱等方面的特性。而納米粒子具有與宏觀顆粒所不同的特殊的體積效應(yīng)(小尺寸效應(yīng))、表面界面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等,表現(xiàn)出獨特的光、電、磁和化學(xué)特性,因此將納米材料具有的特殊性質(zhì)與聚氨酯良好的物理機(jī)械性能和可加工性能結(jié)合,賦予材料紫外屏蔽、吸波、導(dǎo)電、隔熱、耐磨等功

2、能,制備優(yōu)良的涂料,既有很好的理論價值,又有很好的應(yīng)用價值?；谶@點,本論文制備了納米摻銻二氧化錫(ATO)改性水性聚氨酯保溫隔熱材料和納米有機(jī)蒙脫土改性水性水性聚氨酯材料:
　　1、納米ATO改性水性聚氨酯保溫隔熱材料的制備與表征
　　本文選擇納米ATO作為涂料基料(顏料)、并以水性聚氨酯作為成膜物質(zhì),適當(dāng)添加了一些助劑,利用機(jī)械共混法制備了納米ATO改性水性聚氨酯透明隔熱涂料,并對這種材料進(jìn)行粒徑、吸水率、拉伸、SEM、

3、TEM、DMA等方面的測試,與材料改性前進(jìn)行比較,分析了不同的分散方法和PH緩沖劑對乳液粒徑、穩(wěn)定性的影響,同時還討論了ATO的加入及加入量對材料性能的影響。最后還對材料進(jìn)行了紫外-可見-近紅外區(qū)間透過率測試及保溫測試,從理論和實際結(jié)果上闡述該材料的保溫效果。結(jié)果表明:
　　(1)激光粒度分析、SEM、TEM結(jié)果說明納米ATO水溶液在水性聚氨酯中分散的非常好,沒有團(tuán)聚。粒度分析、TEM還表明:用超聲波分散儀分散的效果明顯比用高速乳

4、化機(jī)分散的效果好,平均粒徑大幅度減小,而且用超聲波分散的乳液粒徑較為均勻;用大分子pH緩沖劑處理的效果比用氨水的效果好,平均粒徑也有所減小,乳液粒徑分布更為均勻。
　　(2)拉伸實驗、吸水率測試及TGA分析發(fā)現(xiàn)納米ATO對水性聚氨酯有增強(qiáng)作用,使得軟硬段的耐熱性得到了提高,特別是硬段,我們猜測它是作為硬段存在于水性聚氨酯中。隨著ATO加入量的增加,增強(qiáng)作用越明顯。
　　(3)通過DMA分析可知,ATO的加入顯著加強(qiáng)了WPU膠

5、膜的剛性,也提高了其硬段的Tg,,但由于其加入方式是物理攪拌,從而是個半相容體系。損耗模量和損耗角對溫度所作的圖也反映了這一點。
　　(4)通過紫外-可見-近紅外分光光度計分析證明了ATO確實能夠降低材料在近紅外區(qū)域的透過,而對可見光區(qū)域的透過影響不大,從而能作為透明隔熱涂料使用,實際的保溫效果測試也說明了這點。隨著ATO含量的增加,保溫效果越明顯,但是到一定程度之后藍(lán)色加深,透明性會受到影響,因而要取一個平衡點使得涂料即透明保溫

6、效果又能得到保證。實際保溫效果測試還顯示樹脂種類對保溫效果影響不大。
　　2、納米有機(jī)蒙脫土改性水性聚氨酯材料的制備與表征
　　選用納米有機(jī)鈉基蒙脫土,將其用聚氧化丙烯二醇N210進(jìn)行插層處理后,與異佛爾酮二異氰酸酯反應(yīng),并采用二羥甲基丙酸DMPA及一縮二乙二醇DEG擴(kuò)鏈,最后加入三乙胺中和分散在去離子水中,得到納米蒙脫土改性水性聚氨酯乳液。對這種材料進(jìn)行粒徑、吸水率、機(jī)械拉伸、SEM、TEM、DMA等方面的測試,與材料改性

7、前進(jìn)行比較,分析了納米蒙脫土在水性聚氨酯中的分布情況,并討論了納米蒙脫土的添加對水性聚氨酯材料性能的影響。結(jié)果表明:
　　(1)粒徑測試、TEM和SEM結(jié)果:在合成聚氨酯時不管是加入DK1N還是DK5,乳液粒徑都達(dá)到了納米級,而且粒徑分布相對集中,說明Nano-MMT在水性聚氨酯中分散得比較均勻,沒有團(tuán)聚。另外由于DK1N的片層間距大于DK5的片層間距,DK1N的表面親油性優(yōu)于DK5,添加DK1N的乳液平均粒徑比DK5的乳液平均粒

8、徑小的多,而且峰寬也小。
　　(2)SEM測試結(jié)果還表明:水性聚氨酯插層于蒙脫土片層之間,對蒙脫土片層起到了剝離的效果。
　　(3)拉伸實驗、吸水率測試說明納米OMMT對水性聚氨酯有增強(qiáng)作用,考慮到穩(wěn)定性等綜合因素,蒙脫土的最佳添加量為1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右,此時水性聚氨酯力學(xué)性能和耐水性有了非常明顯的提高。
　　(4)通過DMA分析,蒙脫土的加入大幅度提高了WPU膠膜的剛性,但其對軟硬段的Tg影響都很小。由損耗模量-溫