近年來(lái),因化石燃料的大量使用而造成的環(huán)境污染及能源短缺問(wèn)題,引起人們的廣泛關(guān)注。在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天,可持續(xù)自然資源的開(kāi)發(fā)和改性已成為各國(guó)學(xué)者的研究熱點(diǎn)。海藻酸鈉(SA)是一種來(lái)源廣泛且含量豐富的生物質(zhì)多糖原料,不僅具有可生物降解、凝膠性、絮凝性和增稠性等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有良好的生物相容性和成膜性,在食品包裝、重金屬離子吸附和生物組織工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但是海藻酸鈉薄膜存在耐水性差、薄膜硬脆的缺點(diǎn),大大限制了海藻酸鈉材料的應(yīng)用。為了克服海藻酸鈉薄膜存在的不足,需要對(duì)其進(jìn)行改性。本課題采用環(huán)氧封端聚氨酯(GPU)對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行接枝改性,利用環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)將聚氨酯接枝到海藻酸鈉長(zhǎng)鏈上,改善薄膜的硬脆問(wèn)題。同時(shí),利用海藻酸鈉和陰離子型聚氨酯含有大量羧基的特性,采用鈣離子對(duì)接枝產(chǎn)物進(jìn)行交聯(lián)改性,使得改性薄膜的耐水性大大提高。本課題以異氟爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚醚1000(PPG1000)、2,2-二羥甲基丙酸(DMPA)為主要原料,通過(guò)逐步聚合法制得聚氨酯預(yù)聚體,然后以1,4-丁二醇(BDO)為小分子擴(kuò)鏈劑、環(huán)氧丙醇為封端劑,合成了環(huán)氧封端聚氨酯改性劑,紅外表征證明了環(huán)氧基對(duì)聚氨酯進(jìn)行了封端;然后在堿性條件下對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行接枝改性,制備了環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉(SA-g-GPU)。重點(diǎn)探究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、pH值及改性劑加入量對(duì)改性海藻酸鈉乳液和薄膜性能的影響。結(jié)果顯示,當(dāng)反應(yīng)溫度為75℃,反應(yīng)時(shí)間為60 min,反應(yīng)pH為9,改性劑GPU加入量為50%時(shí),所得的改性海藻酸鈉乳液有很好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和離心穩(wěn)定性,乳液黏度為465.0 mPa?s。改性產(chǎn)物的接枝率隨著改性劑GPU加入量的增多先增大后略有降低,接枝率最高可達(dá)到18.01%。當(dāng)GPU加入量從10%~50%變化時(shí),乳液粒徑從300.5nm下降到127.0 nm,薄膜的拉伸強(qiáng)度從88.44 MPa下降到12.51 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率從6.87%上升到41.82%,水接觸角從55.0°上升到77.1°,薄膜的水蒸氣透過(guò)率從2450.28 g?m~(-2)?24h~(-1)下降到1078.74 g?m~(-2)?24h~(-1),柔軟度從5.3提高到6.2,薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)性略有提升。因此可通過(guò)控制GPU加入量達(dá)到上述指標(biāo)的高效可控。采用核磁共振氫譜(~1H-NMR)、傅里葉紅外變換光譜(FT-IR)、X-射線(xiàn)衍射(XRD)、凝膠滲透色譜(GPC)、掃描電鏡(SEM)和熱重(TG)等儀器研究了GPU改性海藻酸鈉結(jié)構(gòu)以及薄膜的性能。~1H-NMR和FT-IR證明了GPU接枝到SA上;XRD測(cè)試結(jié)果表明SA以彌散狀的無(wú)定型寬峰為主,結(jié)晶度低,當(dāng)GPU引入后,改性薄膜的晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,結(jié)晶度下降;GPC分析結(jié)果表明GPU的引入使得SA的分子量變大;SEM結(jié)果表明SA薄膜斷面光滑致密,SA-g-GPU薄膜斷面粗糙且出現(xiàn)孔狀結(jié)構(gòu);TG結(jié)果表明GPU的引入提高了SA薄膜在低溫段(30~300℃)的熱穩(wěn)定性,降低了其在高溫段(300~600℃)的穩(wěn)定性。同時(shí),將SA-g-GPU薄膜用氯化鈣進(jìn)行交聯(lián)改性制得交聯(lián)改性薄膜(CaA-g-GPU),并將其用于皮革涂飾,探究了CaA-g-GPU薄膜的性能及其涂飾性能。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)氯化鈣濃度為3%,交聯(lián)時(shí)間為3 min時(shí),CaA-g-GPU薄膜的拉伸強(qiáng)度為33.48 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為40.51%,溶脹度為16%,膜損失率為6.31%,薄膜的耐水性大大提高。涂層的光澤度為8.0 Gu,耐干擦級(jí)為4級(jí),耐濕擦級(jí)為3級(jí),耐磨性為2級(jí),改性交聯(lián)涂層具有很好的耐干擦性和耐磨性。FT-IR測(cè)試表明鈣離子與海藻酸鈉上的羧酸根發(fā)生交聯(lián)反應(yīng);XRD測(cè)試表明鈣交聯(lián)使得薄膜的結(jié)晶度下降;SEM結(jié)果表明鈣離子交聯(lián)后薄膜斷層斷面緊密;TG分析結(jié)果表明鈣離子交聯(lián)后薄膜的熱穩(wěn)定性提高,熱損失率從81.52%下降到77.97%。
【學(xué)位單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TS529.5
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 海藻酸鈉的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
    1.3 海藻酸鈉改性的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 共混改性
        1.3.2 酯化改性
        1.3.3 酰胺化改性
        1.3.4 氧化改性
        1.3.5 接枝共聚改性
        1.3.6 交聯(lián)改性
        1.3.7 點(diǎn)擊化學(xué)改性
    1.4 課題的研究?jī)?nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)所用原料及實(shí)驗(yàn)儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 環(huán)氧封端聚氨酯的制備
        2.2.1 原料的預(yù)處理
        2.2.2 制備方法
        2.2.3 反應(yīng)體系中-NCO含量的測(cè)定
        2.2.4 反應(yīng)體系中羥基含量的測(cè)定
    2.3 環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉的制備
    2.4 環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉薄膜的制備
    2.5 鈣交聯(lián)環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉薄膜的制備
    2.6 環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉的結(jié)構(gòu)及性能測(cè)定
        2.6.1 分子量的測(cè)定
        2.6.2 接枝率的測(cè)定
        2.6.3 ~1H-NMR表征
        2.6.4 紅外表征
        2.6.5 乳液穩(wěn)定性表征
        2.6.6 乳液黏度的測(cè)定
        2.6.7 乳液粒徑的測(cè)定
        2.6.8 乳液的掃描電鏡觀測(cè)
    2.7 改性海藻酸鈉薄膜的結(jié)構(gòu)及性能測(cè)定
        2.7.1 結(jié)晶性測(cè)試
        2.7.2 掃描電鏡表征
        2.7.3 力學(xué)性能測(cè)試
        2.7.4 耐溶劑性與耐水性性測(cè)試
        2.7.5 水接觸角測(cè)定
        2.7.6 水蒸氣透過(guò)率測(cè)定
        2.7.7 柔軟度的測(cè)定
        2.7.8 透光率的測(cè)定
        2.7.9 熱穩(wěn)定性測(cè)定
    2.8 聚氨酯改性海藻酸鈉涂層的測(cè)定
        2.8.1 光澤度測(cè)定
        2.8.2 耐干濕擦性測(cè)定
        2.8.3 耐磨性測(cè)定
3 結(jié)果與討論
    3.1 環(huán)氧封端聚氨酯的結(jié)構(gòu)
        3.1.1 紅外光譜特征
        3.1.2 分子量
    3.2 環(huán)氧封端聚氨酯與海藻酸鈉的反應(yīng)條件
        3.2.1 反應(yīng)溫度對(duì)乳液黏度的影響
        3.2.2 反應(yīng)pH值對(duì)乳液黏度的影響
        3.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)乳液黏度的影響
        3.2.4 環(huán)氧封端聚氨酯用量對(duì)乳液黏度的影響
    3.3 環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉的結(jié)構(gòu)特征
        3.3.1 接枝率
        3.3.2 分子量
        3.3.3 核磁共振氫譜特征
        3.3.4 紅外光譜特征
        3.3.5 粒徑
        3.3.6 乳粒微觀形態(tài)
    3.4 環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉薄膜的結(jié)構(gòu)及性能
        3.4.1 結(jié)晶度
        3.4.2 斷面形貌分析
        3.4.3 機(jī)械性能
        3.4.4 薄膜的耐溶劑性
        3.4.5 水接觸角
        3.4.6 水蒸氣透過(guò)性
        3.4.7 柔軟度
        3.4.8 透光性
        3.4.9 熱性能
    3.5 鈣交聯(lián)環(huán)氧封端聚氨酯改性海藻酸鈉薄膜的結(jié)構(gòu)及性能
        3.5.1 交聯(lián)劑的選擇
        3.5.2 機(jī)械性能
        3.5.3 紅外光譜特征
        3.5.4 結(jié)晶度
        3.5.5 斷面形貌分析
        3.5.6 耐水性
        3.5.7 熱性能
    3.6 聚氨酯改性海藻酸鈉的涂飾性能
        3.6.1 涂層的光澤度
        3.6.2 涂層的耐干濕擦性能
        3.6.3 涂層的耐磨性
4 結(jié)論與展望
    4.1 結(jié)論
    4.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    4.3 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 舒睿;張海燕;曹東偉;張新天;;聚氨酯改性瀝青混合料性能研究[J];公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版);2015年12期

2 劉穎;辛星;;道路用聚氨酯改性瀝青的性能研究[J];石油瀝青;2015年01期

3 王學(xué)敏;劉大壯;;聚氨酯改性氯化聚丙烯及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];涂料工業(yè);2010年02期

4 李萬(wàn)捷;趙亮;張臘向;;聚氨酯改性的研究進(jìn)展[J];太原科技;2006年08期

5 張柏欽,石鋼;聚氨酯改性醇酸氨基漆的研制[J];遼寧化工;2005年06期

6 劉其;水溶性有機(jī)硅的聚氨酯改性[J];聚氨酯工業(yè);2000年04期

7 曹光宇;;聚氨酯改性聚異氰脲酸酯泡沫[J];黎明化工;1987年01期

8 鄭國(guó)鈞;鄭偉杰;;聚氨酯改性塑料油膏通過(guò)省級(jí)鑒定[J];化學(xué)建材;1989年02期

9 鄭國(guó)鈞;鄭偉杰;;聚氨酯改性塑料油膏及其應(yīng)用[J];化學(xué)建材;1989年06期

10 鄭國(guó)鈞;鄭偉杰;;聚氨酯改性塑料油膏通過(guò)省級(jí)技術(shù)鑒定[J];建材工業(yè)信息;1989年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王學(xué)敏;聚氨酯改性氯化聚丙烯的制備與性能研究[D];鄭州大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 柴雍;聚氨酯改性海藻酸鈉涂飾劑的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2019年

2 王玉帥;耐高溫防腐蝕涂層的性能及應(yīng)用研究[D];煙臺(tái)大學(xué);2018年

3 李海濤;水性聚氨酯—丙烯酸酯—環(huán)氧樹(shù)脂雜化乳液的制備與性能[D];天津大學(xué);2017年

4 王夢(mèng)瑤;UV固化水性聚氨酯基聚合物乳液的制備及應(yīng)用[D];天津大學(xué);2017年

5 丁博;疏水型水性聚氨酯的制備及應(yīng)用研究[D];陜西科技大學(xué);2018年

6 舒睿;聚氨酯改性瀝青及其混合料的性能研究[D];北京建筑大學(xué);2016年

7 張偉芳;水性聚氨酯消光樹(shù)脂的制備與應(yīng)用[D];東華大學(xué);2017年

8 肖穎;聚氨酯改性硅樹(shù)脂的合成與性能研究[D];北京化工大學(xué);2012年

9 秦文;聚氨酯改性氨基硅的合成及應(yīng)用研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

10 黃斌;聚氨酯改性有機(jī)硅整理劑的合成及應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2848543