超疏水聚氨酯/纳米TiO2杂化材料的制备及性能研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tengyao2009
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由于用来制备超疏水材料的含氟或含硅化合物存在价格较为昂贵,含氟化合物对生态环境具有潜在的危害,且通常制备的超疏水材料的机械性能较差等问题。本研究设计将长链烷烃作为侧链分别引入聚氨酯链结构的硬链段和软链段结构中,考察侧链结构对材料表面疏水性能及其机械性能的影响。分别合成带有侧链烷烃的扩链剂和带有侧链烷烃的聚酯二元醇,再分别合成聚氨酯,进而与纳米TiO2进行复合制备杂化材料,考察了不同分子链结构的聚氨酯对材料表面性能等的影响。  分别用D-山梨醇和D-海藻糖与硬脂酰氯反应制备两种新型扩链剂四硬脂酸山梨醇酯(DSTS)和六硬脂酸海藻糖酯(DTHS),并用NMR和FT-IR表明扩链剂成功合成。以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为原料,分别用带有不同数量侧链烷烃的1,4-丁二醇(BDO)、单硬脂酸甘油酯(GMS)、DSTS和DTHS为扩链剂,将侧链烷烃引入到聚氨酯分子链的硬段结构中。研究考察了不同含量侧链烷烃对聚氨酯涂层表面性能的影响,用FT-TR、GPC、DSC、POM、WXRD、AFM和接触角测量仪对表面形貌和表面性能进行了表征。结果表明:当侧链烷烃含量越高时,聚氨酯涂层的微相分离程度越低,但侧链烷烃的结晶性能越强;聚氨酯涂层的表面由于侧链烷烃的引入呈现许多细微突起,粗糙度越大则接触角越高。  利用GMS与丁二酸酐进行酯化反应合成得到带有侧链C18的梳状聚酯二元醇,并用NMR和FT-IR表征其分子链结构;以MDI、聚酯二元醇和BDO为原料合成三种不同硬段含量的聚氨酯,用DSC、WXRD、AFM和接触角测量仪表征聚氨酯涂层的表面性能和表面形貌。结果表明:随着软段含量的增加,表面能降低,接触角增加,侧链烷烃的结晶度增加,表面粗糙度呈先降后增的变化趋势,其中PUGS-1000-50的表面粗糙度最大。  以PTMG、梳状聚酯二元醇为软段,以MDI、BDO、GMS、DSTS和DTHS为硬段,合成端NCO聚氨酯,再与纳米TiO2复合制备杂化材料。研究考察了不同含量侧链烷烃对杂化材料表面性能的影响,用NMR、FT-TR、SEM和接触角测量仪对表面形貌和表面性能进行了表征。结果表明:杂化材料的接触角可以达到150°以上,滚动角小于3°,达到超疏水性能;超疏水杂化材料具有较好的耐酸碱性能和抗剥离性能,显示其具有较佳的抗环境稳定性;在超疏水杂化材料的表面,水滴与空气所接触的面积比例都超过0.83,是其具有超疏水性能的原因。
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