天然高分子改性水性聚氨酯的合成及性能研究.pdf

1、水性聚氨酯(WPU)是以水為分散介質(zhì)的二元膠態(tài)體系，不僅保留了傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯的一些優(yōu)良性能，如良好的耐磨性、柔順性、耐低溫性和耐疲勞性等，而且具有無(wú)毒、不易燃、無(wú)污染、節(jié)能、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，這使得水性聚氨酯已成功地應(yīng)用在溶劑型聚氨酯所覆蓋的領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著人們對(duì)淀粉、纖維素、甲殼素及大豆蛋白等天然高分子研究加深，發(fā)現(xiàn)用之來(lái)填充改性聚合物材料可以起到很好的增強(qiáng)效果。而且天然高分子資源豐富，成本低廉，并且可完全生物降解，避免了廢棄物的污

2、染。因此，用天然高分子來(lái)改性水性聚氨酯，研究和制備性能更加優(yōu)異的新型水性聚氨酯復(fù)合材料具有重要的意義，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。本論文研究了水性聚氨酯的合成工藝，并通過(guò)直接物理共混，流延/蒸發(fā)成膜的方法制備了水性聚氨酯/甲殼素晶須，水性聚氨酯/淀粉納米晶，以及水性聚氨酯/豌豆分離蛋白復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料薄膜進(jìn)行了表征和討論，重點(diǎn)集中在復(fù)合材料內(nèi)各組分間的相容性、形態(tài)及結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系等方面。研究表明，用甲殼素晶須、淀粉納米晶和豌豆分離蛋

3、白改性過(guò)后的水性聚氨酯力學(xué)性能得到了明顯的提高，起到了很好的增強(qiáng)效果。
　　 本論文主要研究結(jié)果如下：1.通過(guò)流延成膜方法，成功制備了甲殼素晶須復(fù)合改性水性聚氨酯的新型復(fù)合材料。復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量都同時(shí)得到了提高，并且斷裂伸長(zhǎng)率保持在500％以上。當(dāng)甲殼素晶須的含量為3 wt％時(shí)，復(fù)合材料具有最大的拉伸強(qiáng)度(20.8 MPa)，大約是WPU的1.8倍。當(dāng)甲殼素晶須的含量增加到5 wt％時(shí)，復(fù)合材料具有最大的楊氏模量(9.6 M

4、Pa)，大約提高了220％；2.采用高含量的淀粉納米晶作為填料復(fù)合改性水性聚氨酯。復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量都同時(shí)得到了提高，并且斷裂伸長(zhǎng)率保持在300％以上。當(dāng)?shù)矸奂{米晶的含量為10 wt％時(shí)，復(fù)合材料具有最大的拉伸強(qiáng)度(31.1 MPa)，大約比WPU增加了1.8倍。當(dāng)?shù)矸奂{米晶的含量增加到30 wt％時(shí)，復(fù)合材料具有最大的楊氏模量(204.6 MPa)，大約提高了6720％。本工作拓展了淀粉納米晶改性WPU的工作，通過(guò)控制制備納米復(fù)合材

5、料中淀粉納米晶的沉降，成功制備了一系列不同含量的WPU/StN納米復(fù)合材料，提高了淀粉納米晶的利用率；3.首次采用豌豆分離蛋白復(fù)合改性水性聚氨酯，并避免了傳統(tǒng)熱壓的方法來(lái)制備蛋白質(zhì)復(fù)合材料，直接用簡(jiǎn)單的流延成膜的方法成功制備了一系列不同含量的WPU/PPI復(fù)合材料。當(dāng)豌豆分離蛋白的含量為20 wt％時(shí)，復(fù)合材料具有最大的拉伸強(qiáng)度(23.7MPa)，大約比WPU增加了1.1倍。當(dāng)豌豆分離蛋白的含量增加到40 wt％時(shí)，復(fù)合材料具有最大的楊

6、氏模量(126.8 MPa)，大約提高了4130％，此時(shí)復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率仍然維持在300％左右。
　　 總之，本論文通過(guò)一種簡(jiǎn)單的合成工藝，成功的用甲殼素晶須、淀粉納米晶和豌豆分離蛋白復(fù)合改性了水性聚氨酯，制得了三種力學(xué)性能優(yōu)良的生物可降解材料，并且研究了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。此外，本論文不僅拓寬了水性聚氨酯的改性方法，而且拓展了天然高分子的應(yīng)用，在工業(yè)、日用、農(nóng)業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域中很有應(yīng)用前景，符合國(guó)家目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)