纳米粉体/氟硅改性聚氨酯乳液的制备工艺及性能研究

论文摘要

随着环保意识的增强,低表面能环保型涂料已成为涂料发展的主要方向。水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液既具有聚氨酯（PU）优异的抗划伤性、拉伸性和粘附性,同时又具备了聚丙烯酸醋（PA）的耐候性、耐腐蚀性,但是,两者的性能都决定了聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液（PUA）耐水性差。通过引入键能高,表面能极低的氟元素,则可以同时获得具有低表面能,耐水性优异的氟化水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液。碳纳米管作为21世纪的新型材料,具有奇异的结构和独特的物理性能,可提高聚合物复合材料的多种性能,被认为是制备高性能聚合物复合材料最理想的候选填料之一本实验首先以有机硅改性聚氨酯（SiWPU）为种子乳液,向种子乳液中滴加全氟丙烯酸酯、丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸丁酯（BMA）三种单体,制备具有核壳结构的FSiPUA复合乳液。通过测试乳液的稳定性、乳液粒径、涂膜水接触角和吸水率,研究了反应温度、全氟丙烯酸酯用量、丙烯酸酯单体用量、引发剂用量、乳化剂用量及配比上述各因素对乳液性能及其涂膜性能的影响。同时对复合乳液涂膜进行了化学结构与表面形貌的表征。研究表明,制备出的氟硅改性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液（FSiWPUA）具有优异的性能,全氟单体的加入能够有效改善乳液胶膜的耐水性及表面疏水性。在氟硅改性水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液研究的基础上,分别用溶液共混法和原位聚合法制备了纳米粉体／氟硅改性水性聚氨酯-聚丙烯酸酯杂化乳液。研究了纳米粉体分散性、种类、加入量等因素对杂化乳液性能及涂膜性能的影响。选用端羟基的碳纳米管及通过超声分散和分散剂的加入使纳米粉体获得更优异的分散性及与基体的相容性,从而在使制备出的乳液性能更佳的同时,保证了杂化乳液胶膜的耐水性和疏水性不会变差。同时对杂化乳液胶膜进行了化学结构与表面形貌特征的表征。结果表明,纳米粉体的加入能够极大的改善乳液胶膜的粗糙度和表面能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 海洋防污涂料的研究进展
• 1.1.1 海洋防污涂料的发展现状
• 1.1.2 低表面能防污涂料
• 1.1.3 海洋防污涂料的发展趋势
• 1.2 水性聚氨酯的研究进展
• 1.2.1 水性聚氨酯的发展现状
• 1.2.2 水性聚氨酯的性能及制备原理
• 1.2.3 水性聚氨酯的改性
• 1.3 聚丙烯酸酯改性聚氨酯的研究
• 1.3.1 聚丙烯酸酯改性聚氨酯的特点
• 1.3.2 聚丙烯酸酯改性聚氨酯的方法
• 1.4 有机氟改性聚氨酯
• 1.4.1 含氟聚合物的特点
• 1.4.2 氟改性水性聚氨酯
• 1.4.3 核-壳型氟化水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液
• 1.5 纳米粉体/聚合物基复合材料的发展现状
• 1.6 碳纳米管/聚合物基复合材料的发展现状
• 1.6.1 碳纳米管的发展
• 1.6.2 碳纳米管/聚合物基复合材料的复合方法及发展现状
• 1.7 本论文选题背景及研究内容
• 1.7.1 研究背景及目的
• 1.7.2 研究内容
• 第2章 氟硅双改性核壳型聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的合成与研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 实验原料及仪器
• 2.2.2 核壳型聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液制备机理
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 合成路线
• 2.2.5 性能测试及表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 合成工艺条件的影响
• 2.3.2 含氟丙烯酸酯单体用量的影响
• 2.3.3 丙烯酸酯单体用量的影响
• 2.3.4 引发剂的影响
• 2.3.5 乳化剂的影响
• 2.3.6 乳液胶膜红外光谱表征
• 2.4 本章小结
• 第3章 纳米粉体/氟硅改性聚氨酯乳液的制备与研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方案
• 3.2.1 实验原料及仪器
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 性能测试及表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 粉体分散性的研究及其对溶液共混型乳液稳定性的影响
• 3.3.2 分散剂对乳液胶膜性能的影响
• 3.3.3 不同粉体对乳液胶膜性能的影响
• 3.3.4 碳纳米管的加入方式对原位聚合法制备的杂化乳液稳定性的影响
• 3.3.5 碳纳米管加入量对乳液性能的影响
• 3.3.6 碳纳米管加入量对乳液胶膜性能的影响
• 3.3.7 原位聚合型MWNTs/FSiPUA乳液胶膜红外光谱表征
• 3.3.8 SiWPU、FSiWPU、MWNTs/FSiWPU乳液粒径及乳液胶膜性能的比较
• 3.3.9 激光扫描显微镜测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢
• 研究生履历