纤维素纳米晶复合蓖麻油基水性聚氨酯的制备及性能研究

摘要

聚氨酯（Polyurethane，PU）是应用领域广，产品种类繁多的高分子材料之一，随着我国新《环保法》的颁布，加速了化工行业向绿色化学转型的步伐，水性聚氨酯（WPU）成为PU发展的重要方向；另一方面，我国近几年始终是石化类能源和资源的进口大国，为了应对和缓解以上的挑战，可以采用生物质资源合成或改性高分子材料，绿色植物的化学转化将是21世纪化学化工发展的重要分支。然而，WPU有些性能却不及溶剂型PU，针对WPU耐水性，热稳定性等方面的不足，化学交联改性可以有效的解决这些缺点。
　　基于以上出发点和降低能耗、简化工艺流程、节省成本等考虑，直接用分子结构中含有羟基（-OH）的蓖麻油（Castor Oil，CO）合成WPU，研究了蓖麻油的用量对WPU外观、黏度、粒径分布、Zeta电位、机械稳定性、力学性能、接触角、吸水率、热稳定和耐寒性的影响。再以CO和聚碳酸酯二元醇（PCDL）为混合软段，采用单因素控制变量实验法研究了其他诸如亲水性扩链剂2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）含量、异氰酸酯基（-NCO）与总的-OH的摩尔比值（R值）、软段含量等因素对WPU综合性能的影响。
　　四官能度内交联剂三羟甲基氨基甲烷（THAM）可以显著的增强WPU的交联密度，完善其空间体型结构。研究分析表明，乳液粒子呈不规则的球形，平均粒径增大、粒径分布变宽，黏度、Zeta电位降低和机械稳定性下降；THAM结构上的氨基（-NH2）有利于WPU硬段间的氢键化程度；交联结构的增强使硬段热分解最大失重速率时的温度最高增加了20.3℃，同时，限制了软段的自由运动，导致胶膜柔顺性下降，耐低温性减弱，玻璃化转变温度Tg升高。
　　生物质纳米材料具备高杨氏模量、可再生、生物可降解等优势，在高分子材料中添加极少量就能起到显著的效果。使用酸水解医用脱脂棉得到棒状的纤维素纳米晶（CNC），初步优化了浓H2SO4水解脱脂棉的反应条件，制备的CNC结晶度指数为79.3％。然后改性WPU制备WPU/CNC纳米复合材料，CNC进一步增强了WPU的热稳定性能，同时随着CNC含量的增加，WPU/CNC复合材料中在2θ=22.6°和34.5°处归属于CNC的结晶衍射峰强度增加；CNC=1.0%时，WPU/CNC复合膜的拉伸强度，断裂伸长率和杨氏模量均有所提高。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 水性聚氨酯概述

1.3 植物油改性水性聚氨酯

1.4 水性聚氨酯的交联改性

1.5 纤维素纳米晶改性水性聚氨酯

1.6 本文研究意义及内容

第二章 蓖麻油基水性聚氨酯的合成

2.1 引言

2.2 实验原料及仪器装置

2.3 测试与表征

2.4 预聚体混合法制备环保型蓖麻油基水性聚氨酯

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第三章 THAM四官能交联改性CWPU的制备与性能研究

3.1 前言

3.2 实验原料及仪器装置

3.3 测试与表征

3.4 THAM交联型WPU的制备与合成路线

3.5 结果与讨论

3.6 本章小节

第四章 纤维素纳米晶的制备及改性THAM交联型水性聚氨酯的研究

4.1 引言

4.2 实验原料及仪器装置

4.3 测试与表征

4.4 CNC及其改性WPU复合材料的制备及原理

4.5 结果与讨论

4.6 本章小结

第五章 结论

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果