纳米ZnO改性水性聚氨酯复合材料的制备与性能研究

论文摘要

本课题主要选用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯二元醇、二羟甲基丙酸(DMPA)、硅烷偶联剂改性纳米ZnO等为原料,采用阴离子自乳化法制备了一系列纳米ZnO改性的水性聚氨酯复合乳液。采用硅烷偶联剂KH550对纳米ZnO粉末进行了表面处理。通过傅立叶红外光谱对改性前后的纳米ZnO以及纳米ZnO改性水性聚氨酯复合材料进行了结构表征。研究了纳米ZnO表面改性的工艺条件,如硅烷偶联剂的种类、用量、反应温度和反应时间。研究了纳米ZnO的添加对复合材料性能的影响。探讨了NCO/OH摩尔比、DMPA含量、纳米ZnO含量对水性聚氨酯复合乳液的粘度、粒径,复合胶膜吸水率、拉伸强度及断裂伸长率等性能以及纳米ZnO含量对复合涂层摩擦性能和铅笔硬度、附着力的影响。纳米ZnO的表面改性研究表明：当偶联剂用量为5wt%、反应温度为70℃、反应时间为2h时,纳米ZnO改性效果最好；当改性纳米ZnO含量为0.5wt%时,复合膜具有良好的综合性能。纳米ZnO改性水性聚氨酯复合材料的性能研究表明：添加改性纳米ZnO的复合材料的耐水性得到了改善,拉伸强度和断裂伸长率同时有了大幅度地提高,而复合乳液稳定性不受影响。随着纳米ZnO含量的增加,复合乳液粒径增大,粘度减小。复合胶膜吸水率先下降后上升,拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小,在改性纳米ZnO含量为0.5wt%时出现最大值。将改性后的纳米ZnO添加到水性聚氨酯涂层中可以有效地提高其耐摩擦性,当改性纳米ZnO含量为0.5wt%时,复合膜的耐摩擦性较好。复合胶膜的铅笔硬度增大,附着力增大；随着NCO/OH摩尔比值的增大,WPU复合乳液粒径先减小后增大,粘度先增大后减小。复合胶膜的吸水率先上升后略有下降,拉伸强度增大,断裂伸长率减小；随着DMPA含量的增大,复合乳液粒径减小,粘度增大。复合胶膜吸水率上升,拉伸强度上升,断裂伸长率下降；涂层铅笔硬度增大,附着力变化不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 水性聚氨酯简介
• 1.1.1 水性聚氨酯的发展概况
• 1.1.2 水性聚氨酯的结构和性能特点
• 1.1.3 水性聚氨酯的制备原理及方法
• 1.1.4 水性聚氨酯的改性
• 1.2 纳米粒子的特性
• 1.3 纳米ZnO/聚氨酯复合材料的研究进展
• 1.3.1 纳米ZnO的用途
• 1.3.2 纳米ZnO的表面改性
• 1.3.3 纳米ZnO/聚氨酯复合材料的研究现状
• 1.4 其他纳米粒子/聚氨酯复合材料简介
• 2/聚氨酯复合材料'>1.4.1 纳米SiO₂/聚氨酯复合材料
• 2/聚氨酯复合材料'>1.4.2 纳米TiO₂/聚氨酯复合材料
• 1.4.3 纳米蒙脱土/聚氨酯复合材料
• 1.4.4 碳纳米管/聚氨酯复合材料
• 1.5 纳米材料/聚氨酯的应用
• 1.5.1 在涂料中的应用
• 1.5.2 在粘合剂中的应用
• 1.5.3 在弹性纤维中的应用
• 1.5.4 在硬质泡沫中的应用
• 1.6 本论文研究目的与意义
• 1.7 本论文研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 水性聚氨酯复合材料的制备及性能测试
• 2.2.1 原料的预处理
• 2.2.2 纳米ZnO的表面处理
• 2.2.3 水性聚氨酯复合乳液的合成
• 2.2.4 实验装置
• 2.2.5 纳米ZnO的表征
• 2.2.6 纳米ZnO改性水性聚氨酯的结构表征与性能测试
• 3 结果与讨论
• 3.1 纳米ZnO的改性
• 3.1.1 改性前后的纳米ZnO红外光谱分析
• 3.1.2 活化度
• 3.2 纳米ZnO/水性聚氨酯复合材料
• 3.2.1 红外光谱分析
• 3.2.2 纳米ZnO的添加方式对性能的影响
• 3.2.3 改性纳米ZnO含量对性能的影响
• 3.2.4 NCO/OH摩尔比对性能的影响
• 3.2.5 DMPA含量对性能的影响
• 4 结论
• 4.1 纳米ZnO的表面改性
• 4.2 纳米ZnO改性水性聚氨酯复合体系性能研究
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢