试析水性聚氨酯纳米乳液的研究

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1、南京工业大学硕士学位论文水性聚氨酯纳米乳液的研究姓名：周玉青申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陈苏2002.3.1南京化工大学硕士学位论文摘要水性聚氨酯(PU)是以水为介质的二元稳态体系，包括PU水溶液、水分散液和水乳液三种。根据PU分子侧链或主链上是否含有离子基团，可分为阴离子型，阳离子型，非离子型三种。目前，国内外合成最多的是阴离子型水性PU。PU的软段由低聚醚二元醇组成，硬段由异氰酸酯和小分子扩链剂组成。主链的硬、软段的相容性及硬段微区与软段微区的相分离程度，可通过玻璃化转变温度和损失模量表现出来。玻璃化转变温度越低，其相分离程度越大，

2、相容性也越差。虽然水性PU具有无毒、不易燃烧、不污染环境，易操作等优点，但它的耐水性、抗紫外光性能还有待进一步的提高。微乳液是互不相容的水和油与适量的乳化剂自发形成的、均一透明的热力学稳定的分散体系，其分散液滴大小仅为10—100nm。实验合成的水性纳米微乳液属阴离子法制取的水性PU纳米微乳液，其粒径达10．4rim，它的力学机械性能，热性能都有大幅度提高。它是通过向水性PU中加入纳米粒子，来制取水性PU纳米乳液。这种微粒子效应导致其性能的变化。厂f主要结论：＼1．通过对合成阴离子型水性PU工艺条件的优化，找到了最佳的工艺合成路线。预聚反应前一定对聚

3、醚进行脱水，使含水量<0．1％，找到了合适的扩链剂及其最佳用量，和最佳原料配比及反应温度和反应时间，并找到了最好的加料方式，最关键的是合成中发现需要对纳米Si02进行预处理，用偶联剂对其进行改性处理。2．实验结果表明加入纳米Si02的水性PU比原来的水性PU拉伸强度提高了2倍，断裂伸长率提高了3倍，玻璃化转变温度降低，软硬段的相分离程度增加。纳米Si02的加入改善了水性PU的性能。3．加入未改性的纳米Si02水性PU其拉伸强度和断裂伸长率均低于改性纳米Si02水性PU，并且前者的玻璃化转变温度高于后者。因未改性的Si02含有大量的羟基，易于团聚，不易

4、与异氰酸酯反应。改性后的纳米Si02易于与异氰酸酯反应，这种情况导致二者性能的差异。4．纳米Si02)JnA．量的不同也对水性PU的性能产生不同的影响，随纳米Si02含量的增加，拉伸强度和断裂伸长率均增大，但在含量为2％时达最大值，随南京化工大学硕士学位论文着纳米Si02含量的增加，玻璃化转变温度增加。由于纳米Si02中的羟基与异氰酸酯反应量的增加，硬段含量、刚性无机离子增加，使玻璃化转变温度升高。5．随DMPA含量的增加，水性PU拉伸强度增加，断裂伸长率出现极值，因DMPA含量增加，导致PU链长增加，硬段含量增大，使得拉伸强度增大。随DMPA含量的

5、增大，软硬段的相容性增加，玻璃化转变温度也增加。6．随NCO％含量的增大，拉呻强度增加，断裂伸长率下降，并出现了最大值。由于NCO％含量增大，刚性链节比例增大，柔性链节比例下降，柔性减小。使水性PU拉伸强度增大。7．由FTlR分析知偶联剂中-NH己接枝到改性过的纳米Si02上，而由SEM图可清楚的看到改性和未改性(≈纳米Si02在水性PU中的情况。WAXD说明了无论是改性还是未改性的纳米Si02均为非晶态。8．由激光粒径仪测得的粒径表明，加入纳米Si02的水性PU粒径明显减小，由60．1nm减为14．9nm，而改性纳米Si02的水性PU的粒径为10．

6、4nm，且随DMPA含量的增加，粒径减小；而随NCO％含量的增加，粒径增大。广7一。／关键词水性聚氨酯，纳米Si02，机械性能，粒径南京化工大学硕士学位论文ABSTRACTAqueouspolyurethaneincludes，anionic，cationicandnonionieaqueouspolyurethane，amongwhichanionicaqueouspolyurethaneiswidelyused．Withcompatibilityofsoftsegmentandhardsegmentenhancedanddegreeofphase

7、seperationofsoftdomainandharddomaindecreased，theglasstransitiontemperatureofPUincreases．AlthoughtheaqueousPUisnontoxic，harmlesstoenvironmentandpracticallyoperative，theresistmlcetowaterandUVofaqueousPUisrestricted．Micro．emulsionisastablesystemwithparticlesizeofdropletfrom10nmto1

8、00nm．Theparticlesizeofaqueouspolyurethanenanometeremul