纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯的研制和应用

摘要

水性聚氨酯涂料体系中几乎不含有有机溶剂，具有无毒、环保、使用方便、耐磨损、高弹性、高强度等一系列优点，其产量和需求量都在急剧增长，但易燃性致命的弱点限制了它在许多领域的应用。对于现有的阻燃水性聚氨酯涂料存在问题主要有：1）阻燃效率差；2）阻燃成本高；3）复配阻燃剂显著影响涂料的理化性能。因此，有良好阻燃性能和理化性能的阻燃水性聚氨酯涂料，成为涂料领域的重要关注问题之一。
　　本文首先使用不同方案制备了纳米二氧化硅溶胶，根据其与聚氨酯涂料的相容性，确定了纳米二氧化硅溶胶的制备方案，并对其工艺参数进行了探讨和研究。在此基础上，使用纳米二氧化硅改性水性聚氨酯，探讨了纳米二氧化硅添加量对体系稳定性和涂料理化性能的影响，得出以下结论：
　　（1）以正硅酸乙酯（TEOS）为原料，无水乙醇为溶剂，十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂制备出的纳米二氧化硅溶胶体系更稳定，与水性聚氨酯乳液相容性更好。
　　（2）V（H2O）：V（TEOS）=2:4，反应时间t=4h，反应有较高的固含量，固含量为6.21％，接近理论固含量6.5%。
　　（3）硅溶胶质量百分数为20%时，水性聚氨酯涂料的综合性能最佳，固化时间2h，硬度H，拉伸强度45.93MPa，断裂伸长率289.73%，吸水率2.17%，极限氧指数26.5，硅溶胶改性涂膜分解温度比未改性涂膜提高40℃。
　　最后，合成了新型复合磷-氮阻燃剂，将其与硅溶胶改性水性聚氨酯机械混合后，制备了纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯，重点研究了新型复合磷-氮阻燃剂对硅溶胶改性水性聚氨酯的理化性能和阻燃性能的影响，进一步分析了纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯的阻燃机理，得出以下结论：
　　（1）25mL磷酸酯CP和3.5g三聚氰胺MEL，在120℃下反应3h，制备出新型磷氮阻燃剂CMP。
　　（2）CPM质量百分数为20%时，阻燃涂料的综合性能最佳，固化时间3h，硬度HB，拉伸强度43.37MPa，断裂伸长率264.32%，吸水率2.73%，极限氧指数29.5。
　　（3）新型磷氮阻燃剂与纳米二氧化硅具有协同效应，有助于燃烧成炭，元素分析显示残余物含碳量提高到57.71%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米二氧化硅水性阻燃涂料研究进展

1.3 WPU概述

1.4 WPU燃烧机理

1.5 WPU阻燃机理

1.6 WPU阻燃发展概况

1.7 WPU常用阻燃剂

1.8 纳米二氧化硅综述

1.9 纳米材料在水性介质中的分散和改性研究

1.10 水性纳米涂料配制机理

1.11 课题主要解决问题及创新点

第2章 纳米二氧化硅的制备

2.1 引言

2.2 实验原料及仪器设备

2.3 实验部分

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 纳米二氧化硅溶胶改性WPU

3.1 引言

3.2 原料及规格

3.3 实验部分

3.4 结果讨论

3.5 本章小结

第4章 硅溶胶改性WPU磷氮阻燃涂料

4.1 引言

4.2 原材料及仪器设备

4.3 实验步骤

4.4 结果讨论

4.5 本章小结

第5章 结论

参考文献

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