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摘 要

随着人们的环保意识的增强，传统的聚氨酯有机溶剂被替换成绿色无污染的水分散剂，水性聚氨酯的应用越来越广泛。水性聚氨酯在涂料方面具有着极为突出的优势，不同助剂的添加造就了水性聚氨酯涂料功能的多样性，尤其是涂料的隔热性是人们极其关注的话题。MXene是一类具有紫外光屏蔽性的二维纳米材料，本课题研究的是MXene对水性聚氨酯基隔热涂料的改性研究。在MXene改性水性聚氨酯基涂料中，MXene起到了良好的紫外阻隔作用，Cs_xWO₃起到了良好的近红外光屏蔽作用，所以MXene在涂料中的含量越高，紫外光屏蔽效果更为显著。MXene的添加同时大大提升了水性聚氨酯基涂料的隔热性能以及拉伸强度。并且随MXene在水性聚氨酯基隔热涂料中比例的逐渐增大，涂料的吸水率首先迅速上升，在达到一个峰值后慢慢呈现降低的趋势。

关键词：MXene 水性聚氨酯 力学性能 隔热性能 光屏蔽 紫外光屏蔽

Study on Modification of Waterborne Polyurethane-based Thermal Insulation Coatings by MXene

Abstract

With the enhancement of people's awareness of environmental protection, the traditional polyurethane organic solvent has been replaced by a green and pollution-free water dispersant, and the application of waterborne polyurethane is more and more extensive. Waterborne polyurethane has outstanding advantages in coatings. The addition of different additives brings about the diversity of functions of waterborne polyurethane coatings, especially the thermal insulation of coatings is a topic of great concern to people. MXene is a kind of two-dimensional nano material with ultraviolet light shielding property. The research of this topic is the modification of waterborne polyurethane-based thermal insulation coating by MXene. In MXene modified waterborne polyurethane-based coatings, MXene has a good ultraviolet blocking effect and Cs_xWO₃ plays a good role in shielding near infrared light. Therefore, the higher the content of MXene in the coating, the more significant the ultraviolet light shielding effect is. The addition of MXene greatly improves the thermal insulation performance and tensile strength of waterborne polyurethane-based coatings. And as the proportion of MXene in waterborne polyurethane-based thermal insulation coating increases gradually, the water absorption rate of the coating rises rapidly at first, and slowly shows a decreasing trend after reaching a peak value.

Key words: MXene; Waterborne polyurethane; Thermal insulation performance;

Mechanical properties; Light shielding; Ultraviolet light shielding

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 阴离子水性聚氨酯概述 3

1.2.1水性聚氨酯的简介 3

1.2.2水性聚氨酯的制备 3

1.2.3水性聚氨酯的改性 4

1.3 钨铯青铜概述 4

1.3.1 钨铯青铜的简介 4

1.3.2 钨铯青铜的制备 5

1.3.3 钨铯青铜的隔热机理 5

1.4 MXene概述 5

1.4.1 MXene的简介 5

1.4.2 MXene的制备 6

1.4.3 MXene的光学性能 6

1.5 本文研究的内容、目的和意义 7

1.5.1 本文研究的内容 7

1.5.2 本文的目的和意义 7

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

2.1.2 实验仪器 8

2.2 实验原理 9

2.2.1 MXene的合成原理 9

2.2.2 水性聚氨酯的合成原理 9

2.3 试样制备 10

2.3.1 MXene水分散液的制备 10

2.3.2 MXene/Cs_xWO₃/WPU水分散液的制备 10

2.3.3 水性聚氨酯的制备 10

2.3.4 薄膜的制备 11

2.4 性能测试及表征 10

2.4.1 力学性能测试 12

2.4.2 吸水率测试 12

2.4.3 隔热性能测试 12

2.4.4 UV-VIS-NIR分光光度计测试 12

第三章 结果与讨论 14

3.1 力学性能 14

3.2 吸水率 15

3.3隔热性能 15

3.4 UV-VIS-NIR分光光度计 16

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2展望 21

参考文献 23

致谢 25

第一章 文献综述

1.1 引言

随着人们对材料使用性能维持性的要求的逐渐提高，为了减少环境对于材料的腐蚀，维持材料的使用性能，常常将其覆上涂料。涂层的质量、涂层特性、涂层/基体界面性能、环境的腐蚀等决定了涂料对基材的保护效果。典型的耐腐蚀涂层通过两种作用机理来保护基体界面，分为物理作用和化学作用。物理作用主要是起到屏障的作用，通过物理方式将基体与腐蚀性环境分离开来。化学作用是含有与基体可反应的物质，从而达到抑制腐蚀的目的。溶剂型涂料在至关重要的工业镀膜领域有着极其突出的地位，有机涂层涂料可以提供所需的颜色和光泽美学材料，但在水污染、辐射、生物退化等方面具有一定的破坏作用。目前对涂料的研究主要有以下两方面：树枝状/跨枝聚合物、纳米技术革命。

隔热保温是近年来对涂料改性研究的重点，在建筑、输热管、工业热力设施等方面，隔热保温必不可少^[23]。隔热涂料根据其阻隔机理可分为阻隔型隔热涂料、反射型隔热涂料以及辐射型隔热涂料^[24]。阻隔型隔热涂料通过对热传递的显著阻抗性来实现隔热，反射型隔热涂料利用涂层在0.4-2.5μm波段的高反射率来隔热，辐射型隔热涂料通过将涂层吸收的光和热以特定波长的辐射发射到空气中来进行隔热^[24]。

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