纳米材料改水性聚氨酯的研究.pdfVIP

摘要 摘 要 对水性聚氨酯改性常见的方法有丙烯酸改性、环氧树脂改性、有机硅改性、氟 改性、植物油改性等，这些改性方法能有效提高水性聚氨酯的耐水性、物理机械性 能，但是却不能赋予材料声、光、电、磁、热等方面的特性。而纳米粒子具有与宏 观颗粒所不同的特殊的体积效应(小尺寸效应)、表面界面效应和宏观量子隧道效应 等，表现出独特的光、电、磁和化学特性，因此将纳米材料具有的特殊性质与聚氨 酯良好的物理机械性能和可加工性能结合，赋予材料紫外屏蔽、吸波、导电、隔热、 耐磨等功能，制备优良的涂料，既有很好的理论价值，又有很好的应用价值。基于 这点，本论文制备了硅溶胶改性水性聚氨酯材料和纳米掺锑二氧化锡（ATO）改性水 性聚氨酯保温隔热材料： 1、纳米硅溶胶改性水性聚氨酯材料的制备与表征 本文选择纳米硅溶胶作为添加物，以水性聚氨酯作为成膜物质，利用机械共混 法制备了硅溶胶改性水性聚氨酯乳液，并对这种材料进行粒径、TEM、IR、TGA、吸 水率、机械拉伸等方面的测试，与材料改性前进行比较，分析了硅溶胶在水性聚氨 酯中的分布情况，并讨论了硅溶胶的加入及加入量对水性聚氨酯材料性能的影响。 结果表明： （1）粒径测试及电镜观察显示乳液平均粒径均小于100nm，说明硅溶胶加入水 性聚氨酯乳液中乳液粒径都达到了纳米级，而且粒径分布相对集中，说明硅溶胶在 水性聚氨酯中分散得比较均匀，没有团聚。但是高分辨透射电镜说明硅溶胶/水性聚 氨酯混合乳液成膜后的表面会有少量纳米颗粒聚集。 （2）红外测试说明，硅溶胶和聚酯型水性聚氨酯之间的相互作用比和聚醚型水 性聚氨酯之间的相互作用更好。 （3）通过Tg分析，硅溶胶对胶膜耐温性的提高比较明显。 （4）拉伸实验、吸水率测试说明硅溶胶对水性聚氨酯有增强作用，从稳定性等 方面综合考虑，我们认为当硅溶胶的添加量在20%左右时所制的胶膜的机械性能和吸 水率效果最好。硬度测试表明硅溶胶的加入明显提高了聚酯型和聚醚型水性聚氨酯 的硬度。 I 纳米改性水性聚氨酯的研究 2、 纳米ATO改性水性聚氨酯保温隔热材料的制备与表征 选择纳米ATO作为涂料基料(颜料)、并以水性聚氨酯作为成膜物质，适当添加了 一些助剂，利用超声分散法制备了纳米ATO改性水性聚氨酯透明隔热涂料,并对这种 材料进行粒径、TEM、FTIR、TGA、吸水率、拉伸等方面的测试，与材料改性前进行 比较，分析讨论了ATO的加入及加入量对材料性能的影响。最后还对材料进行了紫外 －可见－近红外区透过率测试及保温测试，从理论和实际结果上阐述了材料的保温 效果。结果表明： （1）纳米粒度分析测试、TEM结果说明纳米ATO水溶液在水性聚氨酯中分散的非 常好，没有团聚。 （2）拉伸实验、吸水率测试及TG分析发现纳米ATO对水性聚氨酯有增强作用， 使得软硬段的耐热性得到了提高，特别是硬段，我们猜测它是作为硬段存在于水性 聚氨酯中。随着 ATO加入量的增加，增强作用越明显。 （3）通过紫外－可见－近红外分光光度计分析证明了ATO确实能够降低材料在 近红外区域的透过，而对可见光区域的透过影响不大，从而能作为透明隔热涂料使 用，实际的保温效果测试也说明了这点。随着ATO含量的增加，保温效果越明显，但 是到一定程度之后蓝色加深，透明性会受到影响，因而要取一个平衡点使得涂料即 透明保温效果又能得到保证。 关键词：纳米；水性聚氨酯；改性；硅溶胶；保温隔热 II ABSTRACT ABSTRACT Study on Waterborne Polyurethane Modified by Nanofillers Li Zhi-hua (Polymer Chemistry and Physics) Directed by Profess