论文总字数：16214字

摘 要

现在的人们不再追求传统的墙体给人们带来的封闭感觉，反而追求给人们带来光明的玻璃体。然而玻璃给人们带来阳光的同时，也让透明隔热涂料成为研究的重中之重。本文利用MXene对水性聚氨酯基体进行改性，同时添加Cs_xWO₃对其进行加强。在实验中，利用自己制造的三室隔热性能测试装置，测得加入Cs_xWO₃的水性聚氨酯的隔热性能明显比未加入的样品更优。此外，加入MXene对于水性聚氨酯的力学性能也得到了明显的提高。只须加入0.5wt%MXene制得的水性聚氨酯的薄膜，机械性、耐水性、隔热性能等得到很大的改善。

关键词：MXene 水性聚氨酯 改性 隔热性能

Study on Modification of Waterborne Polyurethane by MXene

Abstract

Now people no longer pursue the closed feeling that traditional walls bring to people, but seek to bring people a bright glass body. However, while glass brings sunlight to people, it also makes transparent thermal insulation coatings a top priority in research. In this paper, MXene is used to modify the waterborne polyurethane matrix, and Cs_xWO₃ is added to strengthen it. In the experiment, using the self-made three-chamber insulation performance test device, the insulation performance of the water-based polyurethane added with Cs_xWO₃ was significantly better than the sample without addition. In addition, the mechanical properties of water-based polyurethane added with MXene have also been significantly improved. Only by adding 0.5wt% MXene made of water-based polyurethane film, mechanical properties, water resistance, thermal insulation performance, etc. have been greatly improved.

Keywords: MXene； Waterborne polyurethane；Thermal insulation performance；Modification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 有关现阶段聚氨酯的介绍 1

1.2 水性聚氨酯的改性方法 1

1.2.1 交联改性 2

1.2.2 复合改性 3

1.2.3 物理改性 3

1.3 现实中对于水性聚氨酯涂料的应用 3

1.4 MXene的简介 4

1.5 MXene对于复合材料的改性方法 4

1.5.1 直接共混法 4

1.5.2 表面改性法 5

1.5.3 渗透填充法 5

1.6 钨青铜简介 5

1.7 毕业设计的内容和研究意义 6

1.7.1毕业设计内容 6

1.7.2毕业设计的目的与意义 6

第二章 实验部分 8

2.1实验原料与仪器设备 8

2.1.1实验原料 8

2.2.2 实验仪器 8

2.2 实验原理 9

2.2.1 水性聚氨酯合成步骤 9

2.3 实验步骤 11

2.3.1 MXene的用前处理 11

2.3.2 水性聚氨酯的制备 11

2.3.3 复合膜的制备 11

2.4 性能测试以及表征 12

2.4.1 隔热性能测试 12

2.4.2 力学性能测试 13

2.4.3 硬度的测试 14

第三章 结果与讨论 16

3.1 EDS与SEM图像信息 16

3.2 力学性能 16

3.3 硬度性能 17

3.4 隔热性能 18

第四章 结论与展望 20

结论 20

展望 20

参考文献 22

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 有关现阶段聚氨酯的介绍

聚氨酯(PU)是聚氨基甲酸酯的简称，一般定义为在高分子链上含有重复的氨基甲酸酯键的结构单元的高分子化合物^[1]。聚氨酯涂料是以由异氰酸酯、聚醚等为原料，通过加成聚合反应而成的，异氰酸酯基的预聚体作为主体，其具有很高的活性。聚氨酯涂料有大量的氨基甲酯（-NHCO-），再辅以各种交联剂等助剂和填料，制得涂料性能优越。随着人们对聚氨酯涂料的深入研究，其如整体防水效果优异，机械强度高，对材料的附着力强，耐温度变化性能优越等优点得到进一步的提高，其应用也更为广泛，在各类地下隧道、屋面、地铁、堤坝、管道、地面防水层等项目的施工都有使用，这类防水涂料在国内外都得到广泛的研究和应用^[2]。但是随着人们对于环保问题的关注度不断增加，使得国际上出台法律，加大了对于涂料中含有挥发性有机物（VOC）以及其中的有害溶剂的含量的把控，这也就在无形之中加大了传统的含有有机溶剂或者含有有机填料的聚氨酯涂料的成本，让传统的聚氨酯涂料行业难以前进。不过，从另一方面来说，这也这使得水性化的、粉末化的以及高固体分的聚氨酯涂料得到巨大的发展^[3-4]，这对未来的人类社会的前进有着长足的帮助。既然传统的有机溶剂可能会对环境造成污染，不如让水的这种具有安全无毒、成本低廉、环境友好、来源广泛等优点来充当溶剂，因而水性聚氨酯涂料（WPU）应运而生，以水为分散介质，环保，从而让水性聚氨酯涂料得到人们的广泛关注。人们对于水性聚氨酯的研究也越走越深，越来越多的人投入到对于水性聚氨酯涂料涂料的研究之上，水性聚氨酯涂料的家族成员也越来越多。

不过，水性聚氨酯虽然有着众多的优点，但是由于其在主链或者侧链上新接入 -COOH等一些亲水基团，在加强其在水中稳定分散的能力之外，却也让水性聚氨酯的耐水性等性能较之一些溶剂型聚氨酯落了下乘，所以对于水性聚氨酯涂料的改性也是迫在眉睫，因而越来越多的人开始了对水性聚氨酯涂料改性的研究，这也让水性聚氨酯的涂料在涂料行业的比重越来越大。

1.2 水性聚氨酯的改性方法

在人们对于水性聚氨酯涂料的研究过程之中，为了能够将水性聚氨酯的原本的性能提高，并且弥补原来的缺陷，因而需将聚氨酯涂料进行改性。传统意义上，对于材料的改性可以从原料、助剂以及制备方法等方面进行改进。水性聚氨酯涂料的改性方法主要有交联改性、复合改性^[5]以及物理改性等。

1.2.1 交联改性

在现实的一些要求之中，单组分水性聚氨酯涂料有时候并不能够满足需要，而通过与交联剂的配合，往往能够让水性聚氨酯涂料的应用范围拓宽。因而所谓交联改性，就是利用交联剂与大分子结合，形成网状结构。交联改性的涂料具有非常高的交联度，耐水、耐腐蚀和耐溶剂等性能能够得到巨大的改善。这是由于在交联度的提高中，交联密度增加，这样就限制了分子之间的运动，因而水分子很难进入到涂膜之中，从而耐水性得以提高。而根据交联改性的方法可以分为内交联和外交联法两种。

由于一般用于涂料的聚氨酯大多为线型的大分子，因而很难实现内部的较高的交联度。所以需要引入一些外部的官能团，实现高的交联度。内交联法就是通过在聚氨酯主链上多个反应性官能基团，多的官能团才能够相互结合，利用这些反应性官能团之间的相互反应，使其能够形成较高交联度或者支化程度较高的聚氨酯。无论是已经形成的高交联度还是利用高支化程度，都将会给聚氨酯带去更为紧密的结构，从而使水难以进入分子之间，提高其耐水性。一般常用的内交联剂有多官能度单体、三羟甲基丙烷、二乙烯三胺等^[6]。这些内交联剂的加入，在很大程度上都能够提高水性聚氨酯的耐水性和机械性能，有些分散体会在干燥的过程之中再次交联，形成体型交联的水性聚氨酯。张良良等^[7]用三羟甲基三聚氰胺为交联剂，以密胺树脂交联改性水性聚氨酯乳液。研究中发现，提高了聚氨酯的交联度，这种交联度的增大将会让乳液粒径增大，而这种大的粒子能够弥补材料与涂料之间的空隙，阻止小分子的渗透，从而加强其耐水性和连结性能。

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