納米纖維素增強磺酸、羧酸水性聚氨酯研究

《納米纖維素增強磺酸、羧酸水性聚氨酯研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。

1、納米纖維素增強磺酸/羧酸型水性聚氨酯的研究Nanocellulose-reinforcementofWaterbornePolyurethanecontainingCarboxylicandsulfonicGroups張新昌1，梁金梅2（1.佛山市高明同德化工有限公司，佛山528515；2.龍江職業(yè)技術學校，佛山528000）摘要：以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、蓖麻油（CO）、聚醚（N210）、二羥甲基丙酸、氨基磺酸鹽（A95）為主要原料合成了的植物油改性的磺酸/羧酸型水性聚氨酯，并使用自制備的納米纖

2、維素對水性聚氨酯進行了納米增強。通過環(huán)境掃描電鏡（SEM）、衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)、差示掃描量熱儀(DSC)、熱重分析(TGA)等分析儀器進行表征。研究發(fā)現(xiàn)，在水性聚氨酯基質中加入低含量的納米纖維素，獲得了良好的分散性以及顯著的增強效果，僅1%的納米纖維素含量可以把拉伸強度由5.43MPa提高到12.22MPa，而楊氏模量也在4%的納米纖維素含量時達到了其最大值4.84MPa。水性聚氨酯的熱穩(wěn)定性，在硬段分解溫度范圍內也得到了提高。結果顯示，納米纖維素對水性聚氨酯有顯著的增強效果

3、。關鍵詞：植物油；水性聚氨酯；納米纖維素；磺酸/羧酸型0引言水性聚氨酯材料是在生物高分子研究中發(fā)展起來的一種普受歡迎的高分子，其結構單體的多樣性，可變性賦予其各種各樣的應用性，同時水性聚氨酯相對于傳統(tǒng)的油性聚氨酯，具有健康和環(huán)保的特性。然而，一般的聚氨酯乳液的固含量低、乳膠膜的耐水性差，涂膜的綜合性能較差，為了更好地提高水性聚氨酯的綜合性能，擴大應用范圍，需對WPU乳液進行適當?shù)母男訹1-3]。納米改性水性聚氨酯，制備水性聚氨酯納米復合材料，包括碳納米管/水性聚氨酯、納米TiO2、Al2O3、ITO、Si

4、O2改性水性聚氨酯樹脂中，改善了水性聚氨酯的耐磨性、隔熱性能，水性聚氨酯的表面硬度、熱穩(wěn)定性、耐水性、耐有機溶劑性能都得到了一定程度的提高[2--4]。利用植物油改性聚氨酯，體現(xiàn)了研究者環(huán)保意識的加強[2]。以氣干性植物油為基本原料改性后，引入對水性聚氨酯分子鏈，制得自乳化單組份水性PU，該產品乳液穩(wěn)定性好，漆膜力學性能優(yōu)良。王洪宇等用亞麻油代替溶劑或水作為分散介質,由蓖麻油和甲苯二異氰酸酯反應，并引入含有羥基的脫羧腰果殼液改性來制備聚氨酯/亞麻油復合涂料。與此同時，研究者們對于纖維素納米晶以及其他納米粒

5、子增強水性聚氨酯彈性體開展了廣泛的研究。然而，增強水性聚氨酯彈性體力學性能的同時常常伴隨的是延展性能的大幅下降，以及在高含量的納米晶增強時出現(xiàn)的納米晶自團聚問題[5-7]。對于納米增強仍然存在兩個主要的挑戰(zhàn)，一是在高聚物基質內獲得納米粒子的良好分散，另一是在增強力學性能的同時保證高的斷裂伸長率。目前，關于低含量納米纖維素增強生物質改性磺酸/羧酸型水性聚氨酯的鮮有報道。本研究通過使用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)，示差掃描量熱儀(DSC)，熱重分析(TGA)和力學測試，研究納米纖維素增強生

6、物質水性聚氨酯材料的性質。使用環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM)，研究了納米材料復合膜的表面形態(tài)。探討了纖維素增強納米復合材料的原因，旨在探明納米層次結構成因，為增強水性聚氨酯材料提供新原理和新思路。論文具有鮮明的創(chuàng)新性和現(xiàn)實的應用潛力。對于合理利用天然高分子材料具有重要的科學價值和學術意義，可以為生物醫(yī)學、涂料工業(yè)等提供有價值的新材料。1實驗部分1.1主要原料異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）:工業(yè)級，拜耳公司；聚醚（N-210）:工業(yè)級，廣州銀旭化工有限公司；二羥甲基丙酸（DMPA）:工業(yè)級，瑞典伯斯托有限公司

7、；蓖麻油（羥值=163mgKOH/g）：分析級，廣州立南化工有限公司；磺酸擴鏈劑（A-95）：工業(yè)級，廣州和氏璧材料公司；有機鉍催化劑（MB20）：廣州市恒宇貿易有限公司；1.2制備1.2.1納米纖維素的制備（1）木薯桿纖維的提取首先通過硝酸-氯酸鉀的方法從木薯桿中提取木薯桿纖維。將長，寬小于5cm干燥的木片倒入粉碎機粉碎，將通過40目不過60目篩網的木粉保留裝入塑料袋中作為樣品室溫保持。取19.5g（10wt.%）加入盛有650g30%的硝酸溶液燒杯中，然后往燒杯中加入19.5g的氯酸鉀（10wt.%）

8、，將燒杯放入80℃的恒溫水浴鍋中，按此投料比和反應條件，反應24h。將得到的纖維懸浮液裝入透析袋中，然后將透析袋放入循環(huán)水透析24h，除去木薯桿纖維懸浮液中的小分子化合物。最后將透析后得到的木薯桿纖維漿放入冷凍干燥機中進行干燥，得到干燥的木薯桿纖維，產率(相對于木薯桿木片樣品干重)約為35%。（2）木薯桿納米纖維素的制備將木薯桿纖維通過進一步的硫酸水解得到納米尺寸的木薯桿納米纖維素。稱取40g冷凍干燥后得到木薯桿纖維，加入盛有