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针对水性聚氨酯(WPU)漆是行业发展的方向,目前主要存在耐水性、耐溶剂性以及耐磨性不够等问题,研究者主要通过各种改性以提高这些性能。本课题首先采用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)对纳米硅溶胶进行了表面化学改性。然后采用丙烯酸酯、改性硅溶胶和酮肼交联三种改性方式同时对WPU进行复合改性。本文创新的将硅溶胶用含有不饱和双键的GMA改性,有助于后续引入到WPU骨架分子链上,并且通过丙烯酸酯和酮肼交联的改性,借助无皂原位乳液聚合法制备出了改性WPU有机-无机三维互穿网络结构的乳胶膜。本文研究了GMA改性纳米硅溶胶的反应条件以及对其性能的影响。在此基础上,研究了改性硅溶胶中GMA以及改性硅溶胶含量对改性WPU乳液以及胶膜性能的影响。最后,研究了酮肼交联对硅溶胶和丙烯酸酯改性的WPU微观形貌和成膜性能的影响。本文主要研究内容如下:(1)在纳米硅溶胶的改性中,选用了三种不同pH值的纳米硅溶胶进行了改性,制备了一系列不同GMA含量的改性硅溶胶。考察了不同pH值,反应温度以及GMA含量对硅溶胶稳定性、粒径以及PDI等的影响。红外和微观形貌分析结果表明,改性纳米硅溶胶中改性剂GMA和纳米硅溶胶表面以化学键合的方式杂化复合。反应温度为60℃时,中性改性纳米硅溶胶的稳定性最好,粒径最小达到61nm。随改性剂GMA含量的增加,硅溶胶的粒径和PDI指数先减小后增加。当改性剂GMA含量不大于2.5%时,改性纳米硅溶胶室温下可以储存3个月以上。(2)在硅溶胶/自交联聚氨酯-聚丙烯酸酯(自交联WSPUA)中,制备了一系列不同R值自交联WSPUA。探讨了R值对乳液和漆膜性能的影响。红外光谱表明,纳米硅溶胶和酮肼成功地引入到聚氨酯-聚丙烯酸酯分子链上。TEM显示,自交联WSPUA乳液成圆球形,大小均一,没有明显的核壳结构。不同R值对乳液以及漆膜性能的影响显著,当R值不断增加时,乳液由微蓝半透明逐渐变成乳白色,机械稳定性降低,铅笔硬度和附着力显著提高。此外,乳液粒径也随着R值的上升而增大。(3)调整改性硅溶胶中GMA含量,制备了一系列不同GMA含量的自交联WSPUA。考察GMA含量对自交联WSPUA乳液以及涂膜、漆膜性能影响。随着改性硅溶胶中GMA含量的增加,乳液逐渐由微蓝半透明变为乳白色,机械稳定性下降,粒径增大,漆膜铅笔硬度增加以及附着力增强。自交联WSPUA乳胶膜吸水率、拉伸强度、表面光滑度以及耐热性都随GMA含量的增大而显著提高。(4)调整改性硅溶胶含量,制备了一系列不同的自交联WSPUA。考察改性硅溶胶含量对自交联WSPUA乳液以及涂膜、漆膜性能影响在改性硅溶胶含量的WSPUA。随着改性纳米硅溶胶含量的增加,自交联WSPUA乳液由微蓝半透明变为乳白色,机械稳定性随之下降,粒径先减小后增大,粒径最低为60.63nm。当硅溶胶含量增至9%时,乳胶膜10%的热分解温度提高至250.9℃,拉伸强度增至16.12MPa,Ra减少到1.15nm,吸水率和断裂延伸率出现明显下降。当硅溶胶含量达到12%时,乳胶膜这些性能的提高与9%时差距不大。(5)制备一系列不同酮肼比例的自交联WSPUA,考察了不同酮肼比例对WSPUA涂膜的表面形貌,热稳定性、耐水性、拉伸性能、SEM以及涂层性能的影响。随着交联剂ADH的加入,酮肼比例的下降,乳胶膜变得越来越平整,而且WSPUA热稳定性、耐水性以及拉伸性能得到明显提高。WSPUA涂层性能铅笔硬度从H提高到了3H,附着力和耐冲击性也有了明显提高。但随着DAAM:ADH减小至1:1.5时,体系中引入了过量的ADH,随着水分的增加从体系中析出,对自交联WSPUA乳胶膜的各项性能产生了不利影响。