纖維素在改性水性聚氨酯中的應(yīng)用
1. 纖維素改性劑
纖維素豐富的天然高分子材料，也是一種天然的可再生資源。 纖維素大分子的基環(huán)是具有 β-1,4糖苷鍵的D-葡萄糖多糖,相對(duì)分子量約為50 000～2 500 000,分子式為(C6H10O5)n。
在高分子化學(xué)的誕生和發(fā)展過(guò)程中，纖維素化學(xué)是一個(gè)主要的研究課題。以纖維素為原料，可以生產(chǎn)人造絲、玻璃紙、硝酸鹽、乙酸酯等酯類衍生物和各種改性纖維素。納米纖維素具有許多優(yōu)良的性能，特別是高強(qiáng)度。由于葡萄糖單元結(jié)構(gòu)中羥基含量高，納米纖維素晶體在水體系中具有良好的疏松性。因此，納米纖維素在改性水性聚氨酯中的應(yīng)用得到了廣泛的研究。
選用通過(guò)酸催化可以水解法制備了納米材料纖維素晶須（NCW） 懸浮液并對(duì)其進(jìn)行分析表征。NCW 對(duì)WPU 松散體技術(shù)具有中國(guó)必定的增稠和觸變作用，研討了不同溫度、NCW 含量對(duì)懸浮液黏度的影響。跟著 NCW 的參加，相比于原水性以及聚氨酯結(jié)構(gòu)松散管理體系，黏流活化能大大減小、觸變性從而增大，能下降 WPU 松散體對(duì)溫度的敏感性，可作為研究一種發(fā)展新型的增稠 -流變功能二合一助劑。
以纖維素納米晶為添加劑制備了水基聚氨酯纖維素納米晶復(fù)合材料，并對(duì)纖維素的結(jié)構(gòu)、形態(tài)以及在復(fù)合材料功能上的添加量進(jìn)行了分析和表征。力學(xué)功能試驗(yàn)表明：纖維素納米晶作為水性聚氨酯的增強(qiáng)劑，其增強(qiáng)效果非常顯著。
用硫酸水解含蠟的玉米湖粉和棉絨制備了淀粉納米晶(STN)和纖維素晶須(CW),并首次將STN和CW加入聚氨酯基體中。 研究了STN和CW含量分別為1%～5%和0.2%～1%的納米復(fù)合水性聚氨酯材料的性能。 1%STN和0.4%CW改性的水性聚氨酯納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和拉伸強(qiáng)度分別提高135%、252%和136%。 基材的開(kāi)裂伸長(zhǎng)率保持恒定，并且具有更大的耐熱性。 不同的多糖納米晶形成強(qiáng)大的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，為天然納米晶和晶須制備高性能納米復(fù)合材料提供了新的途徑。
采用原位聚合法合成了納米纖維素水性聚氨酯(wpu)。當(dāng)硝酸纖維素含量從0% 增加到10% 時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度分別由1.7 mpa 增加到107.4 mpa 和由4.4 mpa 增加到9.7 mpa，柔韌性略有下降。Wpu 的接枝促進(jìn)了基體軟段的結(jié)晶，極大地改善了材料的界面結(jié)合，進(jìn)而顯著提高了納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。
3 定論
充分利用天然高分子材料的優(yōu)良特性，賦予水性聚氨酯材料新的、更高的功能，為提高水性聚氨酯材料的誘導(dǎo)性和功能性提供新的研究思路。它在涂料、醫(yī)療、生命科學(xué)研究、醫(yī)用材料和環(huán)境降解方面有著廣闊的應(yīng)用前景。目前天然高分子材料對(duì)水性聚氨酯的改性還處于探討階段，需要進(jìn)一步深入探討。
纖維素豐富的天然高分子材料，也是一種天然的可再生資源。 纖維素大分子的基環(huán)是具有 β-1,4糖苷鍵的D-葡萄糖多糖,相對(duì)分子量約為50 000～2 500 000,分子式為(C6H10O5)n。
在高分子化學(xué)的誕生和發(fā)展過(guò)程中，纖維素化學(xué)是一個(gè)主要的研究課題。以纖維素為原料，可以生產(chǎn)人造絲、玻璃紙、硝酸鹽、乙酸酯等酯類衍生物和各種改性纖維素。納米纖維素具有許多優(yōu)良的性能，特別是高強(qiáng)度。由于葡萄糖單元結(jié)構(gòu)中羥基含量高，納米纖維素晶體在水體系中具有良好的疏松性。因此，納米纖維素在改性水性聚氨酯中的應(yīng)用得到了廣泛的研究。
選用通過(guò)酸催化可以水解法制備了納米材料纖維素晶須（NCW） 懸浮液并對(duì)其進(jìn)行分析表征。NCW 對(duì)WPU 松散體技術(shù)具有中國(guó)必定的增稠和觸變作用，研討了不同溫度、NCW 含量對(duì)懸浮液黏度的影響。跟著 NCW 的參加，相比于原水性以及聚氨酯結(jié)構(gòu)松散管理體系，黏流活化能大大減小、觸變性從而增大，能下降 WPU 松散體對(duì)溫度的敏感性，可作為研究一種發(fā)展新型的增稠 -流變功能二合一助劑。
以纖維素納米晶為添加劑制備了水基聚氨酯纖維素納米晶復(fù)合材料，并對(duì)纖維素的結(jié)構(gòu)、形態(tài)以及在復(fù)合材料功能上的添加量進(jìn)行了分析和表征。力學(xué)功能試驗(yàn)表明：纖維素納米晶作為水性聚氨酯的增強(qiáng)劑，其增強(qiáng)效果非常顯著。
用硫酸水解含蠟的玉米湖粉和棉絨制備了淀粉納米晶(STN)和纖維素晶須(CW),并首次將STN和CW加入聚氨酯基體中。 研究了STN和CW含量分別為1%～5%和0.2%～1%的納米復(fù)合水性聚氨酯材料的性能。 1%STN和0.4%CW改性的水性聚氨酯納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和拉伸強(qiáng)度分別提高135%、252%和136%。 基材的開(kāi)裂伸長(zhǎng)率保持恒定，并且具有更大的耐熱性。 不同的多糖納米晶形成強(qiáng)大的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，為天然納米晶和晶須制備高性能納米復(fù)合材料提供了新的途徑。
采用原位聚合法合成了納米纖維素水性聚氨酯(wpu)。當(dāng)硝酸纖維素含量從0% 增加到10% 時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量和強(qiáng)度分別由1.7 mpa 增加到107.4 mpa 和由4.4 mpa 增加到9.7 mpa，柔韌性略有下降。Wpu 的接枝促進(jìn)了基體軟段的結(jié)晶，極大地改善了材料的界面結(jié)合，進(jìn)而顯著提高了納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。
3 定論
充分利用天然高分子材料的優(yōu)良特性，賦予水性聚氨酯材料新的、更高的功能，為提高水性聚氨酯材料的誘導(dǎo)性和功能性提供新的研究思路。它在涂料、醫(yī)療、生命科學(xué)研究、醫(yī)用材料和環(huán)境降解方面有著廣闊的應(yīng)用前景。目前天然高分子材料對(duì)水性聚氨酯的改性還處于探討階段，需要進(jìn)一步深入探討。
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