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核壳乳液/超细纤维复合材料的制备与性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 聚氨酯材料

1.1.1 水性聚氨酯的原料及生成机理

1.1.2 水性聚氨酯的结构与性能

1.1.3 水性聚氨酯的分类

1.1.4 水性聚氨酯的合成方法

1.2 丙烯酸酯概述

1.2.1 丙烯酸酯单体的分类

1.2.2 丙烯酸酯的反应机理及方法

1.2.3 丙烯酸酯的应用和发展

1.3 核壳结构乳液概述

1.3.1 核壳结构乳胶粒生成机理

1.3.2 核壳结构乳胶粒的粒子形态及影响因素

1.3.3 聚丙烯酸酯/WPU核壳结构乳液的合成方法

1.3.4 前人的研究成果

1.4 超细纤维复合材料概述

1.4.1 化学纤维的分类

1.4.2 超细纤维复合材料的制备工艺

1.4.3 超细纤维复合材料的研究现状

1.5 本论文研究目的及意义

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 实验步骤

2.3.1 种子乳液的合成

2.3.2 聚氨酯/聚丙烯酸酯乳液的合成

2.3.3 乳胶膜的制备

2.3.4 超细纤维复合材料的制备

2.4 分析测试

2.4.1 乳液稳定性测试

2.4.2 乳液固含量测试

2.4.3 乳液粒径测试

2.4.4 核壳结构复合乳胶粒TEM测试

2.4.5 胶膜吸水率测试

2.4.6 乳胶膜耐酸耐碱性测试

2.4.7 力学性能测试

2.4.8 红外测试

2.4.9 TG测试

2.4.10 DSC测试

2.4.11 超细纤维复合材料树脂含量测试

2.4.12 SEM测试

2.4.13 复合材料透湿量测试

第三章 结果与讨论

3.1 种子乳液的合成研究

3.1.1 反应原料的选择

3.1.2 合成方法的选择

3.1.3 R值的确定

3.1.4 亲水扩链剂含量的确定

3.1.5 种子乳液固含量的影响

3.1.6 本节小结

3.2 核壳结构乳液的合成研究

3.2.1 核壳结构乳液的反应机理

3.2.2 反应时间的确定

3.2.3 补加乳化剂的影响

3.2.4 引发剂的种类及含量的影响

3.2.5 本节小结

3.3 不同核壳比对乳液及乳胶膜的影响

3.3.1 不同核壳比对乳液性能的影响

3.3.2 不同核壳比对乳胶膜耐水、耐酸碱性影响

3.3.3 不同核壳比对乳胶膜Tg的影响

3.3.4 不同核壳比对胶膜力学性能的影响

3.3.5 本节小结

3.4 不同MMA/BA比例对乳胶膜性能影响

3.4.1 不同MMA/BA比例对胶膜耐水、耐酸碱性影响

3.4.2 不同MMA/BA比例对乳胶膜力学性能的影响

3.4.3 不同MMA/BA比例对乳胶膜热性能的影响

3.4.4 本节小结

3.5 乳胶膜的热性能

3.6 超细纤维复合材料的制备

3.6.1 超细纤维复合材料的制备方法选择

3.6.2 树脂类型对复合材料性能的影响

3.6.3 乳化剂含量对复合材料性能影响

3.6.4 PVA含量对复合材料性能影响

3.6.5 树脂含量对复合材料性能影响

3.6.6 本节小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介

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摘要

以聚氨酯树脂和PA或PET超细纤维制备的超细纤维功能性复合材料常用于过滤、包装、服装等行业。基体树脂一般采用溶剂型聚氨酯树脂,带来严重的环境污染问题。以水性聚氨酯树脂(WPU)作为复合材料树脂基体可以解决环保问题,但水性聚氨酯由于亲水基团的引入使耐水性降低,严重影响材料在湿环境下的强度。本论文合成了以WPU为壳、聚丙烯酸酯为核的聚丙烯酸酯/WPU核壳乳液,使其兼具聚丙烯酸酯优良的耐水性和聚氨酯的力学性能,用作超纤复合材料的树脂基体,并采用海岛纤维无纺布作为增强材料制备了超纤复合材料。研究了核壳乳液的合成工艺对树脂耐水性的影响及复合材料制备工艺,主要研究内容如下:
  研究了水性聚氨酯种子乳液的合成工艺对乳液粒径和稳定性的影响。以IPDI为异氰酸酯组分、PTMG2000为聚醚组分、DMPA为亲水单体、丙烯酸羟乙酯为封端剂,用丙酮法合成了水性聚氨酯种子乳液,研究了原料比对核壳乳液形成的影响,并对乳液进行粒径及稳定性测试。结果表明,R值为1.2、DMPA含量为8%,种子乳液平均粒径67nm,有较好的稳定性。
  以溶胀法制备了聚丙烯酸酯/WPU核壳乳液,研究了反应条件对核壳乳液形态以及乳胶膜性能的影响。在种子乳液中加入丙烯酸酯单体,以4%的阴离子十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子表面活性剂复配乳化剂乳化30min,搅拌溶胀6h以上,以BPO为引发剂,制备了稳定的核壳乳液。研究了不同核壳比、丙烯酸酯单体MMA/BA比例对乳液及乳胶膜的影响,发现当WPU∶丙烯酸酯单体组分为2∶1、且MMA∶BA为2∶1时,形成的乳胶膜耐水、耐酸性、力学性能均较好。耐水性比WPU提高了82%,耐酸性提高了77%,热性能也有所提高,Tg降低成膜较快。
  以制备的核壳乳液和生物基纤维莱赛尔无纺布、尼龙超细纤维无纺布通过含浸法制备了复合材料,研究了树脂成分及含量对复合材料力学性能、吸水性、透湿性的影响。结果表明,PVA预浸处理可提高复合材料强度和透湿性能,当预含浸PVA含量为10%时,复合材料强度提高36.9%,透湿性提高64.8%。

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