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硅氧烷及纳米SiO_2复合改性光固化水性聚氨酯的制备及性能研究

陈子栋  
【摘要】:光固化水性聚氨酯(WUPU)具有高效、节能、环保、安全卫生等优点,受到研究者的广泛关注,但是其力学性能及耐水性等方面不能与传统光固化聚氨酯相媲美。针对此问题,本研究将不同结构硅氧烷及纳米SiO2复合引入到WUPU中,制备了一系列硅氧烷及纳米SiO2改性的WUPU及其纳米复合乳液,并对其进行了相应的研究。 (1)通过γ-氨丙基三乙氧基硅氧烷(APTES)与丙烯酸羟乙酯(HEA)的加成反应合成了端羟基侧链硅氧烷(siloxane),然后将其与纳米SiO2复合引入到WUPU中,制得侧链硅氧烷及纳米SiO2复合改性的WUPU及其纳米复合乳液和纳米复合膜。研究了硅氧烷含量、纳米SiO2含量、纳米SiO2的表面化学特性及复合乳液的制备工艺对乳液胶体性能和复合膜性能的影响。研究结果表明,采用原位法引入碱性纳米SiO2,当硅氧烷含量为5%,碱性纳米SiO2含量为10%时,得到的纳米复合膜具有较高的拉伸性能(11.6MPa)及较低的吸水率(7.5%)。 (2)将聚二甲基硅氧烷(PDMS)及纳米SiO2引入到WUPU中,制得PDMS及纳米SiO2复合改性的WUPU及其纳米复合乳液和纳米复合膜,重点研究了PDMS含量及纳米SiO2含量对乳液胶体性能和固化膜性能的影响。研究结果表明:当PDMS含量为8%时,固化膜具有较高的表面疏水性、耐水性及拉伸强度;向体系中加入纳米SiO2后,SEM结果分析表明,纳米SiO2以连续的网状结构贯穿于整个聚合物基体中,AFM分析表明,一部分纳米SiO2分布在PDMS聚集区,纳米复合膜表面粗糙度较小,有利于提高其耐磨性,同时纳米复合膜具有较好的表面疏水性及耐水性(水接触角104.7°,吸水率6.2%),力学性能(25.2MPa)得到了明显提高。 (3)将PDMS及聚己内酯二醇的嵌段共聚物(PCL-PDMS-PCL)与纳米SiO2复合引入到WUPU中,制得PCL-PDMS-PCL及纳米SiO2复合改性的WUPU及其纳米复合乳液和纳米复合膜,重点研究了PCL-PDMS-PCL含量及纳米SiO2含量对乳液胶体性能和固化膜性能的影响。研究结果表明:当PCL-PDMS-PCL含量为10%时,固化膜具有较高的表面疏水性、耐水性及拉伸强度,而且当PCL-PDMS-PCL含量小于15%时,固化膜均保持了较高的透光率;向该体系中加入纳米SiO2后,纳米复合膜具有较好的表面疏水性及耐水性(水接触角103.1°,吸水率4.1%),力学性能(34.0MPa)得到了明显提高。


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