Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯及其对WPU的改性研究

摘要

Pickering乳液聚合是利用固体粒子代替传统乳化剂进行的一种乳液聚合方式，在制备有机无机杂化的功能高分子复合材料领域有着广泛的应用。本文针对水性聚氨酯（WPU）材料存在耐水耐热性差的弊端，创新性的通过引入Pickering乳液聚合的方式实现丙烯酸酯和无机纳米粒子对WPU的双重复合改性，以期提高WPU的综合性能，扩大其应用领域。 本文首先通过St?ber溶胶凝胶法制备得到不同粒径大小且分散均匀的纳米SiO2粒子，然后利用六甲基二硅胺烷（HMDS）对纳米SiO2进行表面改性修饰，通过控制反应条件改变纳米SiO2的疏水程度，获得具有适中亲水亲油性的纳米SiO2粒子。然后以其作为固体粒子稳定剂，通过Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/SiO2有机无机杂化的复合乳液。研究结果表明，改性后具有适中亲水亲油性的纳米SiO2粒子能够代替传统小分子表面活性剂，在丙烯酸乳液聚合过程中有着较好的乳化稳定作用。聚丙烯酸酯/SiO2复合材料的耐热性能、耐水性能以及力学强度均随着固体粒子乳化剂纳米SiO2用量的增加而增强。 进一步将所得聚丙烯酸酯/SiO2杂化乳液与水性聚氨酯进行物理共混，实现聚丙烯酸酯和纳米 SiO2粒子对 WPU的双重改性。结果表明，共混复合乳胶膜的耐热性能和耐水性能相对于单一WPU都有了明显的提高。此共混复合乳液最大的弊端就是相容性较差，贮存稳定期均小于六个月，难以满足商业应用的要求。 在此基础上针对该共混复合乳液贮存稳定性差的弊端，采用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）对水性聚氨酯预聚体进行双键封端，合成反应型聚氨酯高分子乳化剂乳液（WPU-HEMA），然后协同适中亲水亲油性的纳米SiO2粒子作为复合乳化体系，乳化稳定丙烯酸混合单体，通过Pickering乳液聚合法制备得到化学交联型WPU-HEMA-Pickering丙烯酸酯复合乳液。研究表明当丙烯酸酯复合量小于40wt%时，复合乳液在室温下均能正常成膜，且贮存稳定期均超过半年。红外测试及核磁分析均表明C=C已引入到WPU分子链段上，证实了该反应型聚氨酯乳化剂（WPU-HEMA）结构的准确性，表面张力测试表明WPU-HEMA具有较好的乳化能力。GPC测试表明，复合乳胶膜的分子量较单一WPU发生了显著的增长。TG表明：在一定范围内随着丙烯酸酯含量增加，复合乳胶膜的最大失重速率对应温度Tmax及完全降解对应温度Tend较单一WPU-HEMA乳胶膜都有很大的提高，热稳定得到改进。复合乳胶膜的吸水率由单一 WPU-HEMA乳胶膜的23.5wt%下降到5.4wt%，而拉伸强度由8.52MPa提升到33.41MPa，耐水性能和力学性能也都有明显的改善。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 Pickering乳液概述

1.2 Pickering乳液聚合

1.3 纳米二氧化硅

1.4 水性聚氨酯概述

1.5 本文的研究内容及创新之处

第2章 具有适中亲水亲油性纳米SiO2的制备及研究

2.1 引言

2.2实验原料

2.3实验设备

2.4纳米二氧化硅的制备及疏水化改性

2.5测试与表征

2.6 结果与讨论

2.7 本章小结

第3章 Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯及其与

3.1引言

3.2实验原料

3.3实验设备

3.4 实验方法及技术路线

3.5测试与表征

3.6结果与讨论

3.7 本章小结

第4章 WPU-HEMA-Pickering丙烯酸酯复合乳液的制备及性能研究

4.1引言

4.2实验原料

4.3实验设备

4.4 WPU-HEMA-Pickering丙烯酸酯的制备与合成路线

4.5测试与表征

4.6 结果与讨论

4.7 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果