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《兰州大学》 2011年
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水性聚氨酯纳米复合材料的制备及性能研究

彭兰勤  
【摘要】:水性聚氨酯(WPU)因其无毒、不燃和无污染的特性正逐步取代传统溶剂型聚氨酯,其迅速发展引起了学术和商业研究者的极大兴趣。然而,水性聚氨酯的热稳定性、溶剂稳定性和力学性能都低于有机溶剂型的聚氨酯,故有必要通过改性研究以改善其性能。添加纳米粒子是一种改善和提高WPU性能的有效方法之一。目前已经有多种不同类型纳米粒子与水性聚氨酯进行复合的报道,水性聚氨酯纳米复合材料的力学性能、热稳定性和其他性能等都有明显改善。 本学位论文利用有机化凹凸棒(AT)、高岭土(KAO)、多壁碳纳米管(MWNTs)和四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子作为改性剂,通过原位聚合法制备了四种水性聚氨酯纳米复合材料。利用傅立叶变换红外光谱、热重分析、差示扫描量热、扫描电镜、X射线衍射和力学性能等手段研究了所得水性聚氨酯纳米复合材料的结构和性能。本文研究取得的主要结果如下: 1.通过原位聚合法制备了一种新型的WPU/AT纳米复合材料,化学改性的功能化AT作为交联剂引入预聚体中。AT纳米粒子的引入使得WPU/AT纳米复合材料的热学和力学性能得到很大程度的提高。相对于传统水性聚氨酯材料,所得WPU/AT纳米复合材料的初始分解温度由234℃上升到256℃、软段的玻璃化转变温度由41℃增加到48℃、拉伸强度由16.8 MPa上升到52.9 MPa、杨氏模量由0.45 GPa上升到0.64 GPa。 2.利用原位插层聚合法制备了一种新型WPU/KAO纳米复合材料。通过有机插层剂对高岭土进行插层以增大高岭土的层间距离,并用FTIR和XRD对插层的高岭土进行了表征。相对于传统水性聚氨酯材料,所得WPU/KAO纳米复合材料的初始分解温度由234℃上升到249℃、玻璃化转变温度由41℃增加为50℃、拉伸强度由16.8 MPa上升到80.3 MPa、杨氏模量由0.45 GPa增加为0.97 GPa。 3.以对苯二酚为起始原料,通过三步反应合成了一种含氟不对称二胺单体-1,4-(2′-三氟甲基-4′,4″-二氨基苯氧基)苯(PAPB),分别利用混酸和PAPB对MWNTs进行功能化,并将两种带有不同功能基团的MWNTs引入到水性聚氨酯预聚体中制备了两个系列的水性聚氨酯纳米复合材料。比较了两种水性聚氨酯纳米复合材料的热学、力学和导电性能。结果表明,两种复合材料的热学、力学和电学性能都有所提高。酸化碳纳米管改性的复合材料的体积电阻率和表面电阻率的数量级分别降低了7和8,PAPB改性碳纳米管复合材料的体积电阻率和表面电阻率的数量级都降低了10,也就是说,PAPB改性碳纳米管复合材料的导电性能更优异。 4.使用油酸改性Fe304提高了其与单体的相容性,然后利用原位聚合法制备了一系列WPU/Fe3O4纳米复合材料。研究结果表明由于Fe3O4纳米粒子的引入使得WPU/Fe3O4纳米复合材料的热学和导电性能有了明显提高。相对于传统水性聚氨酯材料,所得WPU/Fe3O4纳米复合材料的初始分解温度由234℃上升到249℃,体积电阻率和表面电阻率的数量级分别降低了9和8。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【引证文献】
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