文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
水性聚氨酯/SiO2复合物的制备以及性能研究
姓名:程丽敏
申请学位级别:硕士
专业:高分子化学与物理
指导教师:张兴元
2011-05
摘要

摘要
水性聚氨酯与纳米粒子的复合物除了能提高水性聚氨酯的耐水耐溶剂性和
机械性能以外,还赋予了聚氨酯材料紫外屏蔽、吸波、导电、隔热、耐磨等功能。
目前水性聚氨酯引入纳米SiO2方法主要有原位生成法、溶胶-凝胶法和直接混合
法。但原位生成法使用有较大的局限性,仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物
胶体粒子的溶液中,使单体分子进行原位聚合制备纳米涂料。溶胶-凝胶法采用的
母体大多是硅酸烷基醋,价格昂贵,有毒,在反应过程中容易受PH值,溶剂,催化
剂以及温度的影响;而且在干燥过程中,由于溶剂及小分子的挥发,使材料内部产
生收缩应力,导致材料脆裂,因此很难获得大面积或较厚的纳米复合涂层。直接混
合法虽然工艺简单,直观而又经济;但是由于纳米粒子极其细小,表面积大,纳米
粒子极易聚集成团,而PU弹性体是极性聚合物,与纳米粉体的亲和力差,导致分散
性不好,复合物中纳米粒子的含量较低,所以对水性聚氨酯性能的提高有限。
本文采用三种方法将纳米SiO2引入到聚氨酯中,分别是二元醇分散法、高分
子分散剂法和表面改性接枝法。
(1)二元醇分散法是将纳米SiO2预先分散聚氨酯原料大分子二元醇中和纳
米SiO2分散在预聚体中,分别用两种方法制备SiO2含量相同的水性聚氨酯/纳米
SiO2的复合乳液,并对两种乳液进行了性能测试。同时对两种方法制得复合膜的
力学性能,热稳定性,紫外吸收以及纳米粒子在复合膜中的分散性进行比较。
(2)通过采用加入纳米二氧化硅的丙酮溶液到聚氨酯预聚体中、乳化时加
入高分子电解质分散剂聚丙烯酸钠盐的方法,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚
四氢呋喃醚二醇、2,2-二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇等为主要原料,经自乳化法,
制备出SiO2含量不同的IPDI型水性聚氨酯/二氧化硅的复合物(PU/SiO2)。Fourier
变换红外光谱测试分析证实了PU/SiO2的结构。同时对复合膜的力学性能,热稳
定性,紫外吸收以及纳米粒子在复合膜中的分散性进行分析。
(3)采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对纳米二氧化硅进行表面改性,
使纳米SiO2表面带有反应活性较高的氨基;然后与NCO封端的聚氨酯反应,通过
接枝的方法将纳米SiO2引入到聚氨酯分子链中。最后利用Fourier变换红外和扫描
电镜进行表征,并对膜的性能进行论文分析。

关键词:水性聚氨酯纳米二氧化硅复合物高分子电解质分散剂表面改性力
学性能热稳定性紫外吸收
I
ABSTRACT

ABSTRACT
Compared with pure PU, the posites could not only bring great
improvement in mechanical properties, heat resistance and water-resistance, but also
endow some the special properties of nano-materials such as UV shielding, conductivity,
thermal insulation, abrasive resistance and other functions. Traditionally, the
polyurethane-SiO2 nano-posites are traditionally prepared via in situ
process, sol–gel process, or direct mixing process. The basic sol-gel process involves
the hydrolysis and polycondensation reactions of metal or silicon alkoxide, .
Si(OEt)4 or Si(OMe)4, which are governed by the value of pH, solvent, catalyst and
temperature. The drawbacks of traditional sol-gel process are the tedious preparation
procedure and the difficulty to cont