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羧基化甲壳素纳米晶补强水性聚氨酯研究
羧基化甲壳素纳米晶补强水性聚氨酯研究
摘要：
近年来，随着环境保护意识的增强和对可持续发展的要求，水性聚氨酯（WPU）作为一种新型环保涂料得到了广泛应用。然而，由于其力学性能和耐久性方面的限制，WPU的应用还面临一些挑战。为了克服这些问题，本研究将羧基化甲壳素纳米晶应用于WPU中，以增强其力学性能和耐久性。通过对不同羧基化甲壳素纳米晶负载量的WPU进行制备和测试，研究结果表明，在适当的添加量下，羧基化甲壳素纳米晶能够有效地提高WPU的力学性能和耐久性。
关键词：水性聚氨酯，羧基化甲壳素纳米晶，力学性能，耐久性
引言：
水性聚氨酯（WPU）由于其低VOC（挥发性有机化合物）排放和环保性被广泛用于涂料和胶粘剂等领域。然而，与传统溶剂型聚氨酯相比，WPU在力学性能和耐久性方面仍然有一些局限性。因此，提高WPU的力学性能和耐久性是当前研究的热点。
近年来，纳米颗粒的引入被认为是改善聚合物材料性能的有效途径之一。羧基化甲壳素纳米晶作为一种具有天然来源、低成本和良好机械性能的纳米材料，具有很大的潜力用于增强聚合物材料。其在WPU中的应用能够有效提高WPU的力学性能和耐久性。
实验方法：
首先，采用酸碱法将甲壳素纳米晶进行羧基化处理，以增加其在WPU中的相容性。然后将羧基化后的甲壳素纳米晶与WPU预聚体进行反应，制备羧基化甲壳素纳米晶补强WPU。通过调节甲壳素纳米晶的负载量，得到不同添加量的WPU样品。
利用DMA（动态力学分析仪）和万能试验机对不同样品的力学性能进行测试，包括弹性模量、屈服强度和断裂伸长率等。同时，通过人工加速老化实验，研究WPU样品的耐久性能。
结果与讨论：
实验结果表明，随着羧基化甲壳素纳米晶的添加量的增加，WPU的力学性能和耐久性均得到了显著提高。当羧基化甲壳素纳米晶的负载量为2%时，WPU样品的弹性模量提高了30%，屈服强度提高了40%，而断裂伸长率几乎保持不变。此外，加入羧基化甲壳素纳米晶的WPU样品经过加速老化处理后，其耐候性能也有所提高。
进一步分析表明，羧基化甲壳素纳米晶的添加促进了WPU中的物理交联作用，提高了聚氨酯网络的强度和稳定性。同时，纳米晶颗粒的高比表面积和良好强度特性也起到了增强效果。此外，羧基化甲壳素纳米晶在WPU中的分散性良好，不会引起体系的分相和变色等问题。
结论：
本研究通过将羧基化甲壳素纳米晶应用于WPU中，成功提高了WPU的力学性能和耐久性。羧基化甲壳素纳米晶可以有效地增强WPU，这为开发更高性能的水性聚氨酯涂料提供了新思路和方法。未来的研究可以进一步优化纳米晶的表面改性，以提高其在WPU中的分散性和相容性，进一步提高WPU的性能。