文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
纳米二氧化钛/水性聚氨酯复合材料的制备及其表征
姓名:刘姗
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
水性聚氨酯由于以水做溶剂,具有环境友好性,因而得到人们的推广。但是
和溶剂型聚氨酯相比,其耐水性、力学性能、耐热性能都有不足之处,所以为了
提高水性聚氨酯的综合性能,我们对其进行无机纳米 TiO2 改性,这是因为无机
纳米 TiO2 具有化学稳定性好、力学强度高、高紫外吸收等一系列优点,使其在
改善水性聚氨酯的综合性能方面得到了很大的关注。不过纳米二氧化钛表面能很
高,粒子之间趋向于聚集,从而形成二次粒子,在制备的复合材料中易成为应力
集中点,从而限制了它的使用。为了获得纳米粒子在有机高分子基体中的高分散
性,对纳米粒子进行有机改性,成为最近研究的热点,可是由于纳米粒子上的数
量有限,使得此种方法受到一定的限制,采用高速搅拌、超声分散的机械强作用
力虽然可以暂时使纳米粒子分散性变好,但是在制备过程中,由于纳米粒子之间
的相互作用力远远强于纳米粒子与聚氨酯高分子间的作用力导致此种方法受到
限制。
综合上述存在的问题,在本文中,我们采用了两种试验方案对此进行研究,
第一种是:采用高速搅拌、超声分散的机械强作用力使纳米粒子分散性变好,同
时在制备过程中,对纳米 TiO2 进行硅烷偶联剂改性,使其表面带有高分子基团,
从而达到与聚氨酯的相容性更好的效果,并在水性聚氨酯乳化过程中加入聚丙烯
酸钠作为高分子分散剂进一步提高纳米 TiO2 与聚氨酯基体的相容性,从这三方
面提高有机/无机相的相容性。对制备的复合乳液成膜制备一系列硅烷偶联剂改
性的 TiO2/水性聚氨酯复合薄膜,与未改性 TiO2/水性聚氨酯复合薄膜的性能进行
比较,验证了改性纳米二氧化钛作为无机添加相制备的水性聚氨酯复合薄膜比未
改性纳米二氧化钛作为无机相制备的水性聚氨酯复合薄膜具有更好的力学性能、
耐水性和耐热性。
本文还在酸性条件下,通过溶胶-凝胶法制备二氧化钛,然后在二氧化钛溶
胶状态下加入到 KH550 封端的聚氨酯中进行反应,最后加水乳化,制备二氧化
钛/水性聚氨酯杂化材料,通过对此种杂化薄膜进行光学性能、机械性能等进行
一系列测试,发现随着二氧化钛的加入和含量的提高,其光学折射率、紫外吸收
强度、耐热性能、拉伸强度、耐磨性都得到很大的提高,而且通过对杂化薄膜的
微观状态进行扫描电镜分析,发现二氧化钛是以小于 10nm 的粒径分散在聚氨酯
中的,有机/无机相的相容性很好,从而减少了因为纳米粒子聚集而带来的一系
列性能上的变差,可制得纳米级的二氧化钛/水性聚氨酯杂化材料。

III
摘要
关键词:纳米二氧化钛水性聚氨酯 KH550 溶胶
IV
Abstract
ABSTRACT
Waterborne polyurethane has e one of the major research and development
ﬁelds because of its environmental friendliness,the water is used as dispersant instead
anic solvent in waterborne polyurethane. pare anic polyurethane,
waterborne polyurethane usually suffers from some bad properties, including inferiors
heat resistance, mechanical property, and water resistance, Titania is one of the most
important anic materials in modified WPU due to Titania is one of the most
important anic materials which have beneﬁcial properties such as high thermal
stability, strength, chemical stability, UV absorbance and high refractive index. But
due to their extremely large surface-area/particle-size ratio, Titania particles tend to
strongly agg