论文总字数：16874字

摘 要

城市中玻璃幕墙的大量使用导致了夏季建筑物室内温度的升高，在很大程度上增加了制冷设备的能源消耗。因此，对于节能环保而言，隔热材料的研发至关重要，其中，使用隔热涂料是一种高效而经济的手段。本文以水性聚氨酯丙烯酸酯（WPUA）为基体，以物理共混的方法向其中添加MXene制备了两类光固化型MXene/WPUA复合涂层。该涂层能够使模拟房间的室内外温差产生显著改变，在0.5%的MXene含量下，PETA型WPUA的测试温差由104 °C提高到了136 °C，而HEMA型WPUA的测试温差则由104 °C增加至120 °C。此外，拉伸性能的测试表明加入MXene后，基体材料的力学性能得到了提升，在0.5%的MXene含量下，HEMA型WPUA薄膜的拉伸强度由26 MPa提高到了31 MPa。

关键词： 光固化型水性聚氨酯 MXene 隔热性能 力学性能

Study of MXene modified UV curable waterborne poly(urethane acrylate)

Abstract

In summer, the indoor temperature of buildings increases due to the large use of glass curtain walls in the city, which greatly increases the energy consumption of refrigeration equipment. Therefore, for energy saving and environmental protection, the research and development of thermal insulation materials is very important, and the use of thermal insulation coatings is an efficient and economical means. In this paper, two types of UV curable MXene/WPUA composite coatings were prepared by adding MXene to the waterborne poly(urethane acrylate) mixture by physical blending. The indoor and outdoor temperature difference of the simulated room can be significantly changed by the application of these kinds of coatings. When the MXene content is 0.5%, the test temperature difference of PETA type WPUA is increased from 104 °C to 136 °C, while it is increased from 104 °C to 120 °C for HEMA type WPUA. In addition, the tensile test showed that the mechanical properties of the matrix were improved after the addition of MXene. At 0.5% MXene content, the tensile strength of the HEMA type WPUA film was increased from 26 MPa to 31 MPa.

Keywords: UV curable waterborne polyurethane；MXene；Thermal insulation performance；Mechanical properties

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 水性聚氨酯概述 2

1.1.1 水性聚氨酯的合成原理和步骤 2

1.1.3 水性聚氨酯涂料的应用 4

1.1.4 光固化水性聚氨酯 4

1.2 MXenes简介 4

1.3 本文研究的内容及实验的目的和意义 5

1.3.1 实验研究内容 5

1.3.2 试验的目的和意义 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验原料与仪器设备 6

2.1.1 实验原料 6

2.1.2 实验仪器 6

2.2 实验原理 7

2.2.1 水性聚氨酯的合成原理 7

2.2.2 水性聚氨酯的合成步骤 7

2.3 实验操作 8

2.3.1 两种光固化型水性聚氨酯的制备 8

2.3.2 MXene的制备 10

2.3.3 制备WPUA薄膜 10

2.4 性能测试及表征 11

2.4.1 力学性能测试 11

2.4.2 硬度的测定 11

2.4.3 光学性能测试 11

2.4.4 接触角测试 11

2.4.5 隔热性能测试 11

第三章 结果与讨论 13

3.1 力学性能 13

3.2 硬度性能 14

3.3 光学性能 14

3.4 浸润性能 14

3.5 隔热性能 15

第四章 结论与展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 文献综述

引言

聚氨酯(PU)是一种高性能的聚合物，由刚性和柔性段交替制备而成。首先，异氰酸酯与多元醇在一定条件下反应形成中等分子量的预聚合物，一般是一种稠密的粘性液体。然后，它通过与二醇或二胺扩链剂进一步反应转化成高分子量聚合物。在聚氨酯开发的早期阶段，它的合成是处于理论研究阶段，直到1937年聚氨酯树脂通过反应制备出来，它才受到了很大的欢迎。聚氨酯被称为最好的树脂，主要用于胶粘剂、涂料、橡胶、造纸、纤维和软硬质泡沫塑料及其他方面。我国的聚氨酯研究较晚，是从上世纪70年代末才开始的，是由欧美国家开始传入的，经过40年的研究和应用，我国现在能制出多种类、多功能、质量高的聚氨酯。聚氨酯树脂种类多，应用比较广泛，性能优异，它作为涂料使用时，所形成的涂膜具有机械性能好、硬度高、耐水、优异耐磨性好、耐化学性好等优点,属于高性能的高分子涂料^[1]。我国制得的一些防水聚氨酯体系，具有整体防水效果优异, 柔韧性好, 耐高低温, 耐腐蚀, 操作简单, 易于修补等优点，现已广泛应用于地下隧道、屋面、地铁其建筑应用领域^[2]。多元醇和二异氰酸酯的性质变化以及其它助剂使用的不同，可以合成多种多样的聚氨酯。这些聚氨酯的性能都很好，包括耐磨性、耐划伤性以及柔韧性。因为这些原因，溶剂型聚氨酯涂料得到了迅速的应用。但是通常大多数类型的聚氨酯系统含有大量挥发性有机化合物（VOCs），在某些情况下，有机溶剂有毒并且会污染环境。因此，随着人们环保理念的增强，世界上环保组织制定的法律规则也对VOCs排放量做出了相当的约束，这就导致溶剂型聚氨酯的发展受到了部分限制，这使水性聚氨酯(WPU)的研究与应用则得到了比较迅速的发展。

水性聚氨酯以水为分散介质，也称水分散性的、水基或水系聚氨酯^[3]。水性聚氨酯用水代替了过去使用的有机溶剂，因此其具有低毒、安全、成本低、不污染环境等优点^[4]。水性聚氨酯涂料是一种环保型高分子聚合物, 化学性质稳定, 无毒无味, 不会危害使用人员的身体健康，有些性能甚至已经超过传统的溶剂型聚氨酯涂料,所以越来越引起人们的重视。由于其绿色环境保护、安全性高、成本低等特点，得到了广泛的应用，比如在纺织印刷、染色和医药中^[5]。

请支付后下载全文，论文总字数：16874字