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《陕西科技大学》 2019年
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水性醋酸纤维高分子乳液的制备与性能研究

贺生卓  
【摘要】:溶剂型涂料对环境和人体健康带来严重危害。因此,研究和开发以水为介质、价格低廉、绿色环保挥发性有机物基本为零的水性涂料成为高分子材料的主要发展方向。醋酸纤维素(CA)是一种可生物降解的天然高分子材料,具有优异的稳定性、耐酸易成膜等优点,被用于涂料、粘合剂、纺织等领域。但是醋酸纤维素不溶于水,只溶于部分有机溶剂,在使用过程中会产生大量的挥发性有机物,对环境造成极大的危害。本论文以CA为基材,通过桥连剂上异氰酸酯基(-NCO)与亲水单体上羟基(-OH)聚合形成-NCO封端的亲水性预聚体,再由预聚体上的-NCO与CA分子链上-OH反应,将亲水预聚体引入到CA分子链上,使其具有一定的亲水性,能自行分散于水中,制备出水性醋酸纤维乳液。该乳液有望用于水性涂料行业,为水性涂料开发新产品。通过研究得到如下结论。(1)以HDI(六亚甲基二异氰酸酯)为桥连剂的水性醋酸纤维(WCA)乳液的制备及性能研究将DMBA(二羟甲基丁酸)与HDI共聚产物接枝到CA分子链上制备出一种WCA乳液,通过单因素试验探讨了DMBA、HDI含量对WCA乳液及涂膜性能的影响。研究结果表明:n(HDI)﹕n(CA)=1.0﹕1,n(HDI)﹕n(DMBA)=2﹕1.4,制备出的WCA乳液粒径较小、稳定性好、在室温下可储存86天,平均粒径和分散系数(PDI)分别为80 nm和0.075,胶膜吸水率为1.95%,水接触角107.5°,相比于CA,WCA涂膜表面比较平整。其膜热稳定性也得到了明显改善。(2)以HDI、IPDI(异氟尔酮二异氰酸酯)为桥连剂的水性醋酸纤维(HIWCA)乳液的制备及性能研究以CA为基材,HDI、IPDI为桥连剂,DMBA为亲水单体通过自乳化法制备HIWCA水性醋酸纤维乳液。结果表明当n(HDI)﹕n(IPDI)=7﹕1时,乳液和涂膜性能最佳。红外光谱(FT-IR)表明IPDI和HDI中的-NCO已经被完全反应,同时亲水基团被成功的引入到了CA分子链上。纳米粒度分析仪表明HIWCA乳液的平均粒径和PDI分别为68nm和0.06。透射电子显微镜(TEM)表明HIWCA乳液颗粒的微观结构是核壳结构。我们对膜性能进行了检测,通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表明HIWCA膜表面粗糙度相比于CA膜降低;通过接触角测量仪表明HIWCA膜的接触角为114.5°,比CA薄膜高46.2°;通过热重分析仪(TGA)表明,制备的HIWCA的热稳定性优于CA膜,通过以上分析表明所得水性HIWCA乳液稳定,涂膜性能较好。(3)聚乙烯醇/水性醋酸纤维复合乳液的制备及性能研究在HIWCA乳液制备基础上,为了进一步提高乳液稳定性和涂膜性能,采用物理共混方法加入稳定性及膜性能较好的聚乙烯醇(PVA)溶液,制备了聚乙烯醇改性水性醋酸纤维复合乳液(PVA/HIWCA)。通过FT-IR和TEM证实了其目标产物具有物理共混特征。研究了PVA在目标产物中质量分数分别为4%,8%,12%,16%,20%对复合乳液及膜性能的影响。结果表明随着PVA质量分数的增加,乳液的粒径逐渐减小。当w%(PVA)=12%时,乳液的平均粒径为58.6nm,分散系数为0.033,稳定性好,在室温下可储存98天,薄膜接触角为108.7°。拉伸强度为14MPa,断裂伸长率为329.9%。此外,通过热重分析仪(TGA)测试发现PVA/HIWCA膜具有较好的热稳定性。
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