摘要
随着人们环保意识的增强及环保法规的颁布，环境友好、无污染的水性材料的研究、开发日益受到重视。水性聚氨酯（WPU）作为典型的环境友好型材料，具有无毒、阻燃等特点，在汽车、木器、粘合剂、涂料等领域具有广泛的应用。稳定的WPU乳液是WPU应用的前提，在WPU乳液制备过程中，稳定的WPU乳液的获得可通过外加大量乳化剂的外乳化法和/或在聚氨酯分子链上引入大量亲水基团的内乳化法获得，其中外乳化法中乳化剂的大量使用会使得最终获得的WPU产品耐水性差、胶层物理机械性能差等；内乳化法中亲水基团在提高WPU乳液存储稳定性的同时亦会使得WPU胶膜耐水性能变差，这在一定程度限制了其在高性能材料领域的应用。针对以上外乳化法或内乳化法均会在不同程度上影响WPU产品的性能，如何进一步克服大量乳化剂或亲水基团的使用对WPU乳液下游产品性能的影响至今仍是WPU乳液制备领域备受关注且极具挑战的研究内容。 氧化石墨烯（GO）具有优异的化学稳定性，其在材料表面极低的成膜厚度可有效阻止空气中的氧气、水等向材料内部扩散和渗透；此外GO固有的两亲性的特点，使得其可用作纳米乳化剂替代传统的小分子表面活性剂来使用，在Pickering乳液制备中具有广泛的应用。为了改善WPU产品的耐水性，本文将GO用作稳定WPU乳液的纳米乳化剂，取长补短，以期制备出性能更好的WPU乳液。为了考察GO表面化学结构对稳定WPU乳液效果的影响，本文分别使用两种GO来稳定WPU乳液，具体工作如下： 1、分别采用经典的Hummer法及改进的Hummer法制备氧化石墨烯（GO）和Janus-like氧化石墨烯（JGO），并用原子力显微镜、显微拉曼成像、动态光散射相结合的方式对所制备的GO和JGO进行表征，结果表明所制备的GO的氧化程度分布相对比较均匀，氧化程度及表面电荷量高；JGO表面不同区域氧化程度不同，其相对氧化程度及表面电荷量较低。基于GO纳米片和JGO纳米片均具有两亲性，分别制备GOs纳米片稳定的Pickering乳液和JGOs纳米片稳定的Pickering乳液。偏光结果表明GOs纳米片平行于油/水界面处，JGOs纳米片在油/水界面处形成类睫毛状的具有垂直取向的液晶排列。有趣的是，与GOs纳米片稳定的Pickering乳液相比，JGOs纳米片稳定的Pickering乳状具有更好的稳定性。 2、成功制备了GOs纳米片和JGOs纳米片稳定的WPUPickering乳液。通过调控乳化体系的pH、GOs和JGOs的用量等，研究其对WPU乳液稳定性的影响。研究结果表明：GOs纳米片分散液在中碱性条件下，GOs纳米片稳定的WPUPickering乳液未能长时间（小于30天）储存，最终出现沉降、分层现象。而JGOs稳定的WPUPickering乳液在pH=8，浓度为0.7%可以长时间（大于30天）储存，有效的改善了WPU乳液的稳定性。 3、将JGOs纳米片稳定的WPUPickering乳液成膜考察其成膜性，并对膜的性能进行表征。结果表明，JGOs纳米片均匀的分散在WPU基体中，有效的促进了微相分离程度，促进了软段结晶，同时JGOs的均匀分散有效改善了胶膜的耐水性和耐热性。有趣的是，JGOs纳米片引入对WPU胶膜起到了增强增韧的效果。当JGOs用量为0.7%时，复合膜的拉伸强度提高到11.2Mpa，断裂伸长率达到710%。综上，本论文的研究工作在解决传统外乳化法或内乳化法制备的WPU乳液不稳定性和胶膜耐水性差的问题，同时解决了JGOs纳米片在基体中的均匀分散等问题，为制备功能化WPU复合材料打下了基础。
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