原位合成二氧化硅改性水性聚氨脂的制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文通過溶膠-凝膠法制得可控粒徑和形貌的二氧化硅(SiO2)溶膠，然后將SiO2原位復(fù)合到水性聚氨酯(WPU)基體中或表面上，最后制得二氧化硅/水性聚氨酯復(fù)合材料。論文主要內(nèi)容和研究結(jié)果主要分為以下三個(gè)部分:
　　通過調(diào)控硅酸鈉的水解反應(yīng)來控制聚硅酸的聚合度，制備出可控粒徑的納米二氧化硅溶膠。然后采用原位合成法將SiO2復(fù)合到水性聚氨酯(WPU)基體中，研究了SiO2含量和粒徑對(duì)WPU注漿材料的性能影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無機(jī)硅的引入

2、能夠提高HPU材料的壓縮強(qiáng)度。隨著SiO2含量的增加，復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)硅溶膠SiO2含量為3wt％時(shí)壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大為0.222MPa。在控制硅溶膠中pH=4的情況下，硅溶膠在室溫下靜置時(shí)間越長(zhǎng)，原位合成的納米SiO2的粒徑就越大。壓縮強(qiáng)度是隨著靜置時(shí)間的增長(zhǎng)呈現(xiàn)一個(gè)先減小后增大再減小的趨勢(shì)。在硅溶膠SiO2含量為3wt％，靜置2.5h時(shí)復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大為0.302MPa。
　　通過聚乙二醇和

3、pH值對(duì)硅酸鈉水解過程的影響，對(duì)硅酸鈉水解形成SiO2的過程進(jìn)行調(diào)控，制備出三種不同形貌的SiO2溶膠:無定形納米二氧化硅(nano A-SiO2)水溶膠、球狀納米二氧化硅(nano S-SiO2)水溶膠、層狀六角形納米二氧化硅(nano LH-SiO2)水溶膠。然后通過原位合成法將SiO2復(fù)合到WPU基體中，研究了SiO2形貌對(duì)WPU注漿材料的性能影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，nano-SiO2的引入能夠改善WPU注漿復(fù)合材料的力學(xué)性能，其中S

4、-SiO2改性的WPU具有更高的壓縮強(qiáng)度，LH-SiO2改性的WPU具有更強(qiáng)的韌性，而A-SiO2改性的WPU增強(qiáng)增韌效果有限。
　　利用仿生礦化技術(shù)，采用溶膠-凝膠法，通過利用硅羥基之間的縮合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了在WPU表面快速礦化一層SiO2。首先，采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)做為封端劑制備出硅烷封端的水性聚氨酯(SPU)共聚物。然后，將所制備的SPU涂層浸泡在硅溶膠中，最后利用硅烷醇之間的縮合反應(yīng)在SPU表面快速礦化一層