水性聚氨酯丙烯酸酯/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备与表征

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本文采用共沉淀法和共价接枝法对层状双氢氧化物(LDH)进行有机改性,得到有机反应性基团功能改性的无机纳米粒子,从而有效地提高了其与聚合物基体的相容性和反应活性;并将其引入到水性聚氨酯丙烯酸酯体系,制备得到了水性聚氨酯丙烯酸酯/LDH乳液;进一步采用紫外光辐照的方法制备了水性聚氨酯丙烯酸酯/LDH纳米复合材料。本文重点研究了纳米复合材料的制备过程、结构表征、微观形态和热稳定性等,并取得了初步结果。具体研究内容包括:   (1)水性超支化聚氨酯丙烯酸酯/LDH纳米复合材料。   首先采用共沉淀法制备了长链烷烃(十二烷基磺酸根,DS)插层的镁铝型层状双氢氧化物(IDH-DS),然后通过共价接枝的方法将LDH-DS表面用脂环族异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI)修饰改性,得到含NCO基团的层状双氢氧化物(LDH-DS-NCO);然后以超支化聚酯H2O、丁二酸酐、羟乙基丙烯酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和三乙胺为原料,通过原位聚合的方法制备水性超支化聚氨酯丙烯酸酯预聚体,并将LDH-DS-NCO用作交联剂,将其引入到水性超支化聚氨酯丙烯酸酯预聚体中;最后采用自乳化法获得固含量约为30%的杂化水性超支化聚氨酯丙烯酸酯乳液,通过紫外光固化技术制备得到水性超支化聚氨酯丙烯酸酯/层状双氢氧化物纳米复合材料。依据XRD测试和HR-TEM结果分析,含5wt%LDH-DS-NCO的纳米复合材料中的镁铝层状双氢氧化物的片层结构部分呈层离状态,部分呈剥离状态。依据TGA分析结果可知,与纯的水性超支化聚氨酯丙烯酸酯材料相比,添加无机纳米粒子LDH-DS-NCO可以提高该纳米复合材料的热稳定性。其他测试表明,随着无机纳米粒子含量的增加,该纳米复合材料的硬度有着明显的提高,柔韧性虽有少许下降但整体表现良好。   (2)水性聚氨酯丙烯酸酯/LDH纳米复合材料。   首先采用共沉淀法制备了含氨基的长链烷烃(11-氨基十一烷酸,AD)插层的镁铝型层状双氢氧化物(LDH-AD),然后通过共价接枝的方法将LDH-AD表面和层间用脂环族异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI)修饰改性,得到含NCO基团的层状双氢氧化物(LDH-AD-NCO);然后以亲水性聚合物二醇PTMG与LDH-AD-NCO的混合物、双羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、羟乙基丙烯酸酯、1,4-丁二醇和三乙胺为原料制备水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体;最后采用自乳化法获得固含量约为30%的杂化型水性聚氨酯丙烯酸酯乳液,通过紫外光固化技术制备得到水性聚氨酯丙烯酸酯/层状双氢氧化物纳米复合材料。依据XRD测试和HR-TEM结果分析,含5wt%LDH-DS-NCO的纳米复合材料中的镁铝层状双氢氧化物的片层结构部分呈层离状态,部分呈剥离状态。依据TGA分析结果可知,与纯的水性聚氨酯丙烯酸酯材料相比,添加无机纳米粒子LDH-AD-NCO可以提高该纳米复合材料的热稳定性。
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