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水性聚氨酯应用表面涂层材料简介
2019/7/24
低挥发性有机化合物(VOCs)水性表面涂层材料是一种环保材料，因此是现代社会最理想的材料。本研究报道了原位制备的热固性超支化水性聚氨酯（WPU）/碳点（CD）纳米复合材料作为表面涂层材料。在纳米复合材料中，CD分别以0.25、0.5和1.0的重量百分比作为纳米强化剂。采用傅里叶变换红外光谱、核磁共振光谱、紫外可见光谱和X射线衍射等分析手段，对水性聚氨酯及其制备的热固性纳米复合材料的结构进行了分析。加入CD后，原始热固性WPU的力学性能显著提高(抗拉强度从4.5 MPa提高到8.5 MPa，断裂伸长率从96%提高到136%，划痕硬度从3 kg提高到9 kg，冲击强度从70 cm提高到100 cm)。加入CD后，WPU的热稳定性也从250℃提高到280℃。有趣的是，制备的纳米复合材料表现出激发波长和浓度依赖的光致发光行为以及良好的透明性。因此，制备的WPU纳米复合材料作为低VOC的环保型透明表面涂层材料具有很大的发展潜力。
在所有聚合物中，聚氨酯（PU）是最重要和最通用的聚合物之一。它是通过二/多异氰酸酯和二/多元醇化合物之间的重排反应得到的。聚氨酯可以通过改变其组成，原料结构和NCO / OH比来决定其性质 。在这种情况下，超支化聚氨酯（HPU）由于其低粘度，高溶解度等优点而备受关注。因此，其加工比线性配对物更容易。但传统的溶剂型聚氨酯存在挥发性有机物含量高、易燃性、毒性等问题。这些问题可以通过水性聚氨酯（WPU）有效地解决，所述水性聚氨酯是具有稳定基团的PU颗粒的二元胶体系统。通常，WPUs是由反应较少的二异氰酸酯、多元醇和离子生成的二羟基酸，如2,2 -双(羟甲基)丙酸来制备的。除了上述问题外，WPU还具有一些优势，如成本效益和生态友好等性质。尽管有上述优点，但由于存在亲水离子基团或水溶性连段，WPUs也存在一些严重的缺点，如机械性能较差。它们也对潮湿和其他化学环境敏感。与溶剂型配对物相比，这是导致其较差的机械性能，热稳定性和差的耐化学性的原因。
然而，诸如共混、建立交联反应或形成互穿网络等改进可能是改善WPUs材料性能的一种选择。此外，基于纳米技术的聚合物纳米复合材料策略可以有效地解决与WPUs相关的问题。文献中发现大量的WPU纳米复合材料，在加入微量纳米填料后，其力学性能显著提高。不同类型的纳米填料如石墨烯氧化物、氧化锌、纳米银颗粒、纳米粘土、功能化碳纳米管等用于纳米复合材料的制备。各种生物纳米填料也在朝这方面努力中。纳米复合材料性能的提高依赖于其优化的分散性、界面相互作用和纳米级形貌。在纳米填料类型中，碳基纳米材料由于其高纵横比，高机械强度和热性能而被雕刻出独特的壁龛。虽然这类碳纳米材料具有如此优异的性能，但由于缺乏适当的功能和固有的惰性，在高剂量下还存在团聚等缺陷。在此背景下，碳点 (carbon dot, CD)由于其高水溶性、易修饰、可调节荧光发射强度、生产成本低、生物相容性好等优良的生物特性，近年来引起了材料科学家的兴趣。因此，制备WPU/CD纳米复合材料是一个很好的选择。目前的研究报道了采用原位聚合技术，以不同重量百分比的CD为原料制备热固性WPU/CD纳米复合材料。以甘油为基础的聚酯多元醇已成功地应用于超支化聚氨酯体系结构的开发。采用二缩水甘油醚基环氧树脂和脂肪酸基聚酰胺固化得到了热固性聚氨酯。研究了热固性纳米复合材料作为环保型低VOC表面涂层材料的力学性能、热性能和光学性能。利用甘油基聚合物、脂肪酸基聚胺(amido amine)和生物基纳米材料制备新型高分子纳米复合材料，证明了其生物基特性。
在所有聚合物中，聚氨酯（PU）是最重要和最通用的聚合物之一。它是通过二/多异氰酸酯和二/多元醇化合物之间的重排反应得到的。聚氨酯可以通过改变其组成，原料结构和NCO / OH比来决定其性质 。在这种情况下，超支化聚氨酯（HPU）由于其低粘度，高溶解度等优点而备受关注。因此，其加工比线性配对物更容易。但传统的溶剂型聚氨酯存在挥发性有机物含量高、易燃性、毒性等问题。这些问题可以通过水性聚氨酯（WPU）有效地解决，所述水性聚氨酯是具有稳定基团的PU颗粒的二元胶体系统。通常，WPUs是由反应较少的二异氰酸酯、多元醇和离子生成的二羟基酸，如2,2 -双(羟甲基)丙酸来制备的。除了上述问题外，WPU还具有一些优势，如成本效益和生态友好等性质。尽管有上述优点，但由于存在亲水离子基团或水溶性连段，WPUs也存在一些严重的缺点，如机械性能较差。它们也对潮湿和其他化学环境敏感。与溶剂型配对物相比，这是导致其较差的机械性能，热稳定性和差的耐化学性的原因。
然而，诸如共混、建立交联反应或形成互穿网络等改进可能是改善WPUs材料性能的一种选择。此外，基于纳米技术的聚合物纳米复合材料策略可以有效地解决与WPUs相关的问题。文献中发现大量的WPU纳米复合材料，在加入微量纳米填料后，其力学性能显著提高。不同类型的纳米填料如石墨烯氧化物、氧化锌、纳米银颗粒、纳米粘土、功能化碳纳米管等用于纳米复合材料的制备。各种生物纳米填料也在朝这方面努力中。纳米复合材料性能的提高依赖于其优化的分散性、界面相互作用和纳米级形貌。在纳米填料类型中，碳基纳米材料由于其高纵横比，高机械强度和热性能而被雕刻出独特的壁龛。虽然这类碳纳米材料具有如此优异的性能，但由于缺乏适当的功能和固有的惰性，在高剂量下还存在团聚等缺陷。在此背景下，碳点 (carbon dot, CD)由于其高水溶性、易修饰、可调节荧光发射强度、生产成本低、生物相容性好等优良的生物特性，近年来引起了材料科学家的兴趣。因此，制备WPU/CD纳米复合材料是一个很好的选择。目前的研究报道了采用原位聚合技术，以不同重量百分比的CD为原料制备热固性WPU/CD纳米复合材料。以甘油为基础的聚酯多元醇已成功地应用于超支化聚氨酯体系结构的开发。采用二缩水甘油醚基环氧树脂和脂肪酸基聚酰胺固化得到了热固性聚氨酯。研究了热固性纳米复合材料作为环保型低VOC表面涂层材料的力学性能、热性能和光学性能。利用甘油基聚合物、脂肪酸基聚胺(amido amine)和生物基纳米材料制备新型高分子纳米复合材料，证明了其生物基特性。
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