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水性聚氨酯(简称WPU),是一种以水为分散介质,具有无污染,无毒,耗能低,不易燃,加工方便,有着良好的耐磨性和力学性能,被广泛应用于纺织、涂料、土建筑领域的合成材料,逐渐成为高分子材料领域研究的热点之一。本文用异佛尔酮二异氰酸酯、聚酯二元醇、二羟甲基丙酸、N-甲基吡咯烷酮、乙二胺经阴离子自乳化法制备出纯WPU乳液。进而在合成体系中通过添加纳米氧化锌(ZnO)、钛酸钾晶须(PTW)、硅烷偶联剂(KH550,KH570)、微晶纤维素(MCC)、纳米纤维素(NCC)等粒子,合成了一系列纳米粒子WPU复合材料乳液,并在常温、自然风干的条件下制得胶膜。并通过红外光谱、差示扫描量热法、薄膜拉伸、热失重分析、核磁共振、透射电镜等测试方法对其结构进行了表征。添加纳米ZnO后,分析复合材料的红外光谱,在1192cm-1处出现了 Si-O-Si伸缩振动吸收峰;分析透射电镜扫描图,观测到了均匀完整的核壳结构;表明纳米ZnO成功的接枝到WPU的分子链上。当纳米ZnO的添加比例为0.3%时,WPU复合材料的拉伸强度为38 MPa,断裂伸长率为410%,胶膜的水接触角达到83.64°,热失重比50%的热分解温度比纯WPU下降了 50℃,分子链中硬段含量升高到79.46%,复合材料胶膜的综合性能最佳。添加PTW后,红外光谱图中在956cm-1处出现了 Ti-O-Si键的特征峰。当添加比例为0.1%时,WPU复合材料的玻璃化转变温度降低到-38.5℃,分子链中硬段含量为73.08%;当添加比例为0.2%时,WPU复合材料的拉伸强度为34.0 MPa,断裂伸长率为450%,胶膜的机械性能最佳;当添加比例为0.3%时,胶膜的水接触角为84.91°,胶膜的疏水性最佳。添加KH570后,红外光谱图中在952cm-1处出现了 KH570特有的-Si-O-的特征吸收峰。随着KH570的添加比例升高,WPU复合材料的拉伸强度和断裂伸长率逐渐降低;当KH570的添加比例为1.2%时,胶膜的水接触角达到最大值89.16°,胶膜的玻璃化转变温度达到最低值-38.℃;添加KH550和KH570后,WPU复合材料分子链的硬段含量都略微下降,在添加含量相同时,KH550引起的分子链硬段含量下降更明显。当MCC添加比例为0.6%时,WPU复合材料的拉伸强度达到最大值33.0MPa,当添加比例为0.2%时,胶膜的断裂伸长率达到最小值530%;当NCC的添加比例为0.5%时,WPU复合材料的拉伸强度达到最大值32.5 MPa,胶膜的断裂伸长率达到最小值320%。当添加比例均为0.4%时,MCC/WPU胶膜的水接触角有最小值67.98°,NCC/WPU胶膜的水接触角有最小值62.98°。