納米纖維素的可控制備及其對水性聚氨酯的增強作用.pdf

1、水性聚氨酯以水替代有機溶劑作為分散介質(zhì)，不會對環(huán)境造成污染，而且耐油、耐低溫、耐屈撓、耐化學(xué)品、安全可靠，但力學(xué)性能較低。利用納米纖維素的增強效應(yīng)來增強水性聚氨酯，可能是提高其力學(xué)性能和使用性能的有效途徑。為此，學(xué)位論文圍繞納米纖維素的可控制備及其對水性聚氨酯的增強作用機制展開研究。探索了機械剪切和酸水解制備納米纖維素的工藝技術(shù)，并實現(xiàn)了纖維素形態(tài)尺寸的可控制備，探索了n(NCO)/n(OH)即R值對水性聚氨酯力學(xué)性能的影響規(guī)律，優(yōu)化了

2、水性聚氨酯的制備工藝，在此基礎(chǔ)上探索了納米纖維素形態(tài)尺寸對水性聚氨酯乳液穩(wěn)定性和薄膜強度的影響規(guī)律和內(nèi)在機制。
　　(1)機械剪切作用對纖維素形態(tài)有顯著影響。在無級變速攪拌剪切機中隨著剪切速率和剪切時間的增加，纖維素的長度和直徑減小，棉纖維由圓柱體狀轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娲嬖诩{米級微纖絲的細(xì)長棒狀，長度由53.21μm縮短到40.07μm，直徑由10.00μm縮短到4.00μm，平均長徑比由5∶1增加到10∶1。
　　(2)硫酸水解法的

3、硫酸濃度對纖維素長度、長徑比、微觀形貌都有較大的影響。隨著硫酸濃度的增加，纖維素的長度和直徑迅速減小，棉纖維由開叉短棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣?xì)長短棒狀。長度由27.87μm縮短到0.23μm，直徑從5.00μm縮短到25.00 nm，平均長徑比由5∶1增加到10∶1。
　　水解溫度對纖維素微觀形貌同樣具有較大的影響。隨著水解溫度的升高，纖維素的長度和直徑都減小，棉纖維由光滑細(xì)長棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣?xì)長飛梭狀。長度由0.23μm縮短到0.20μm，

4、直徑由25.00 nm縮短到20.00 nm，平均長徑比基本不變，仍然為10∶1。
　　水解時間對纖維素長度、長徑比、微觀形貌都有較大的影響。隨著水解時間的增加，纖維素的長度和直徑減小，棉纖維由光滑短棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣饣?xì)長棒狀。長度由2.36μm縮短到0.23μm，直徑由300.00 nm縮短到25.00 nm，平均長徑比從8∶1增加到10∶1。
　　(3)探究了R值對水性聚氨酯聚合度和強度的作用規(guī)律。隨著R值的增加，水性聚氨酯

5、乳液粘性降低、聚合度降低、粒徑變大、儲存穩(wěn)定性降低、耐水性提高，拉伸強度提高，斷裂伸長率降低。確定了R值為1.4時，水性聚氨酯的綜合性能最優(yōu)，其黏度為21.4 mPa·s、粒徑為89 nm、儲存穩(wěn)定性為兩個月以上、外觀為乳白色泛藍(lán)光、24 h吸水率為11.79％、拉伸強度為5.69 MPa以及斷裂伸長率為886％。
　　(4)具有納米級尺寸(≤0.23μm)、高長徑比(9∶1～10∶1)及細(xì)長短棒狀與飛梭狀微觀形貌特征的纖維素，使

6、纖維素/水性聚氨酯復(fù)合乳液具有較優(yōu)的儲存穩(wěn)定性。納米纖維素/水性聚氨酯復(fù)合乳液常溫下可存放三個月以上，凍融穩(wěn)定性達(dá)6次。
　　(5)具有納米級尺寸(≤0.49μm)、高長徑比(9∶1～10∶1)及細(xì)長短棒狀與飛梭狀微觀形貌特征的纖維素，使纖維素/水性聚氨酯復(fù)合薄膜具有較高的硬度。納米纖維素/水性聚氨酯復(fù)合薄膜的硬度達(dá)到3H～4H。
　　(6)具有納米級的尺寸(≤0.49μm)、較高的長徑比(9∶1～10∶1)及細(xì)長短棒狀、絲

7、狀及飛梭狀微觀形貌特征的纖維素，使纖維素/水性聚氨酯復(fù)合薄膜具有較高的力學(xué)性能。添加納纖維素使水性聚氨酯薄膜的拉伸強度從5.69 MPa提高到25.41 Mpa(提高346.57％)。
　　本論文的創(chuàng)新性在于:首次探索了纖維素形態(tài)、尺寸可控制備的技術(shù)，并通過調(diào)節(jié)機械剪切和酸水解工藝技術(shù)參數(shù)，實現(xiàn)了納米纖維素形態(tài)、尺寸的可控制備;首次探索了納米纖維素形態(tài)、尺寸對水性聚氨酯乳液穩(wěn)定性和薄膜強度的影響規(guī)律，提出了納米纖維素增強水性聚氨酯