硅烷偶聯(lián)劑KH550改性納米纖維素及其增強(qiáng)水性丙烯酸復(fù)合涂料研究.pdf

1、納米纖維素以其獨(dú)特的性能成為一種優(yōu)良的聚合物增強(qiáng)材料，采用納米纖維素復(fù)合水性涂料，有望改善水性涂料的漆膜性能，擴(kuò)展納米纖維素在水性涂料領(lǐng)域的應(yīng)用。以往的研究中，纖維素納米晶(CNC)已被較多地應(yīng)用于增強(qiáng)水性涂料，但纖維素納米纖絲(CNF)的應(yīng)用還不多，主要原因是其在水相中的分散穩(wěn)定性和與有機(jī)聚合物基質(zhì)的相容性還沒(méi)完全解決。鑒于此問(wèn)題，本研究提出采用雙親性化學(xué)偶聯(lián)劑來(lái)改性纖維素納米纖絲并使其與水性涂料基體形成化學(xué)交聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)纖維素納米纖

2、絲在水性涂料中的均勻分散、長(zhǎng)期穩(wěn)定和良好的界面親和性，進(jìn)而綜合提高涂料的成膜性能。
　　論文首先通過(guò)化學(xué)預(yù)處理結(jié)合高強(qiáng)度超聲波的方法制備了纖維素納米纖絲，考察了添加不同比例的硅烷偶聯(lián)劑(KH550)對(duì)其表面接枝改性和分散穩(wěn)定性的影響效果，并將改性后的纖維素納米纖絲水懸浮液添加到水性丙烯酸涂料中，制備得到納米纖維素復(fù)合涂料并通過(guò)澆鑄法和刷涂法得到相應(yīng)的復(fù)合涂膜。通過(guò)透射電子顯微鏡、傅里葉紅外變換光譜、X射線光電子能譜、旋轉(zhuǎn)流變儀、差

3、式掃面量熱儀和萬(wàn)能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)等手段對(duì)改性纖維素納米纖絲的分散狀態(tài)、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、流變和相轉(zhuǎn)變特性，對(duì)復(fù)合涂料及其所制成復(fù)合涂膜的成膜特性、透明性、光澤度、微觀形貌、斷裂形式、熱機(jī)械性能、硬度和耐磨性等進(jìn)行了綜合考察。主要結(jié)果如下:
　　(1)纖維素納米纖絲水懸浮液的濃度對(duì)其分散穩(wěn)定性有很大影響，濃度過(guò)低在制備完成后很快就會(huì)出現(xiàn)沉降分層現(xiàn)象，濃度過(guò)高會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。采用KH550可以提高纖維素納米纖絲在水中的分散穩(wěn)定性，但是添加量過(guò)

4、少或過(guò)多都不能達(dá)到最好的效果。實(shí)驗(yàn)表明添加量為0.16％時(shí)，水懸浮液可保持長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)。
　　(2)經(jīng)過(guò)KH550改性后的纖維素納米纖絲在涂料中能夠分散均勻，且與涂料有良好的界面相容性。改性纖維素納米纖絲水懸浮液的添加量會(huì)對(duì)復(fù)合涂料的整體產(chǎn)生影響，隨著纖維素納米纖絲添加量的增加，復(fù)合涂料的粘度、彈性模量、玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度、硬度和耐磨性等均明顯提高，其中彈性模量最高可提高5倍，硬度提高2級(jí)，磨損量降低35％。
　　(3)復(fù)合涂料