【摘 要】
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水性聚氨酯（WPU）具有灵活的分子结构,良好的耐疲劳性和柔韧性,较低的VOC排放等优势,被广泛应用在涂料、胶粘剂、合成革等领域。但传统WPU通常是由石化原料合成,在使用周期结束后难以生物降解,这会带来塑料污染、CO2排放量等环境问题。可生物降解材料因独特生命周期和减排优势而备受关注,是实现“双碳”目标的重要解决手段。基于此,本课题以聚乳酸（PLA）二元醇、异弗尔酮二异氰酸酯（IPDI）为主要原料的
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水性聚氨酯（WPU）具有灵活的分子结构,良好的耐疲劳性和柔韧性,较低的VOC排放等优势,被广泛应用在涂料、胶粘剂、合成革等领域。但传统WPU通常是由石化原料合成,在使用周期结束后难以生物降解,这会带来塑料污染、CO2排放量等环境问题。可生物降解材料因独特生命周期和减排优势而备受关注,是实现“双碳”目标的重要解决手段。基于此,本课题以聚乳酸（PLA）二元醇、异弗尔酮二异氰酸酯（IPDI）为主要原料的可生物降解水性聚氨酯制备为出发点,围绕纤维素纳米晶（CNC）的功能化修饰及对可降解水性聚氨酯的改性展开,研究可降解水性聚氨酯的成膜性能并探究在织物防水透湿涂层中的应用。具体研究内容和结果如下:分别以PLA二元醇、PCL二元醇与IPDI反应制备聚氨酯预聚体（PUNCO）,用DMPA、BDO进行扩链,经TEA中和后快速乳化分散在水中制备PLA基水性聚氨酯（PLA-WPU）和PCL基水性聚氨酯（PCL-WPU）;其次通过机械物理共混的方法,用PCL-WPU对PLA-WPU进行改性制备了 PCL-WPU 增强的 PLA-WPU（PLA-WPU-PCL）,探究 PCL-WPU的含量对PLA-WPU-PCL成膜性能的影响。通过FT-IR、TGA、DSC、XRD、常温堆肥降解等分析胶膜的结构和性能。实验结果表明,当PCL-WPU与PLA-WPU的质量比为30:70,PLA-WPU-PCL成膜综合性能最优;其结晶性能较纯PLA-WPU与PCL-WPU有明显提升;拉伸强度PLA-WPU增加了 97%;断裂伸长率较PLA-WPU增加了 13%;初始热分解温度为290.5℃;常温堆肥降解14天后的质量损失率为2.1%,初期降解速度较慢,10周后可降解为低分子量的碎片,3个月后基本上被微生物吸收或消耗。采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对CNC表面功能化改性制备氨基化纤维素纳米晶（N-CNC）,四甲基吡啶（TEMPO）对CNC表面功能化改性制备羧基化纤维素纳米晶（C-CNC）;之后以IPDI为硬段、PLA二元醇为软段、DMPA为亲水扩链剂,通过原位聚合方法制备了 N-CNC与PLA-WPU复合材料（N-CNC/PLA-WPU）和 C-CNC 与 PLA-WPU 复合材料（C-CNC/PLA-WPU）并成膜,探究表面功能化CNC的添加量对PLA-WPU性能影响。通过FT-IR、XRD、力学测试、DSC、14天常温堆肥降解等手段对N-CNC和C-CNC对成膜结构和性能进行表征。实验结果表明,N-CNC和C-CNC都可有效提高PLA-WPU的结晶性能和力学性能,降低复合材料的玻璃化转变温度,提升复合材料的堆肥降解性能;C-CNC对PLA-WPU的增强效果更显著,当C-CNC用量为2%时（以WPU质量计）,C-CNC/PLA-WPU复合材料结晶性能明显提高、拉伸强度为15.6 MPa,断裂伸长率为516%,Tg为14.7℃,常温堆肥降解14天后的质量损失率为81.7%,具有良好的降解性能。以聚丙烯熔喷无纺布为底基,PLA-WPU-PCL30为浸渍浆料,通过浸渍-喷涂结合法,湿法凝固再干燥的工艺,在熔喷布上构建具有防水透湿的功能化涂层。探究PLA-WPU-PCL30的固含量、粘度、浸轧次数对涂层织物的微观形貌、防水透湿性能的影响;并对制备的防水透湿织物进行抗血液穿刺性能、细菌阻隔性能测试。实验结果表明,当PLA-WPU-PCL30固含量为15%,粘度为600 mPa·s,浸轧6次时,涂层织物的综合性能最优,涂层织物间形成20-40 μm的微孔,耐静水压为4061 Pa,透水汽量为1751 mg/（10 cm2·24 h）,此时织物的抗血液穿刺性提高,细菌阻隔性能略有降低,有望拓展其在医疗防护服领域的应用。
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