聚氨酯研究进展

聚氨酯研究进展（精选8篇）

聚氨酯研究进展 第1篇

高性能与低VO C含量相结合的水性聚氨酯涂料具有广阔的应用前景。以脂肪族多异氰酸酯为交联剂的新型水性双组分聚氨酯涂料,涂膜干燥速度快,光泽高,外观好,具有良好的力学性能,耐化学品性能和耐侯性等, 其VO C含量相当于溶剂型双组分聚氨酯涂料的20% ,可取代溶剂型双组分聚氨酯涂料广泛应用于汽车面漆、汽车修补漆、木器涂料、皮革涂料。此外水性聚氨酯涂料还能应用于塑料涂料、工业涂料和腐蚀保护涂料,满足不同的性能要求。

随着对水性聚氨酯结构、性能、成膜过程的反应机理等进一步研究,结合新的水性多元醇聚合物的合成技术, 水性聚氨酯涂料将会变得方便施工,涂膜性能易于设计和优化,以满足特殊用途。水性聚氨酯涂料的研究方向为: 进一步完善和发展高性能无缺陷水性聚氨酯涂料体系; 依靠聚氨酯分子的可裁剪特性,在聚氨酯链上引入特殊功能的分子结构如含氟、含硅聚合物链,赋予聚氨酯涂膜多功能性; 进一步开拓水性聚氨酯涂料的应用领域,如水性双组分聚氨酯涂料可作为特殊柔软感涂料,其涂膜表面柔软无光,具有从橡胶到丝绒触感,应用于汽车内部塑料仪器表面的涂装。其涂膜具有耐溶剂性、耐化学品性、耐清洁剂擦洗性,涂膜不必很硬,必须具有良好的柔韧性,低温弹性,对塑料具有良好的附着力。涂膜的耐化学性和柔软感取决于合适的亲水改性多异氰酸酯固化剂与高分子量的聚氨酯分散体和低分子量的聚脂-聚氨酯复合多元醇的复配。

 

聚氨酯研究进展 第2篇

聚氨酯防腐蚀涂料研究进展

介绍了聚氨酯防腐蚀涂料的分类和性能,阐述了影响聚氨酯防腐蚀涂料的因素,并对其作了总结与展望.

作 者：王萃萃 张彪 黎兵 许戈文  作者单位：安徽大学化学化工学院,安徽省绿色高分子材料重点实验室,合肥230039 刊 名：涂料技术与文摘 英文刊名：COATINGS TECHNOLOGY & ABSTRACTS 年，卷(期)：2009 30(8) 分类号： 关键词：聚氨酯   防腐蚀   涂料   研究进展  

水性聚氨酯的研究进展 第3篇

水性聚氨酯的研究开发及其生产几乎与聚氨酯树脂的工业化同时进行。1943年德国另一位化学家斯克拉克在乳化剂及保护胶体的存在下,将异氰酸酯在水中乳化,并在剧烈搅拌下添加二胺,第一次成功地制备出聚氨酯乳液。1953年Du Pont公司Wyandotl将由二异氰酸酯和聚醚多元醇制成的端NCO预聚体用苯溶液分散于水中,此后又用二胺扩链合成了水性聚氨酯,并在1967年首次工业化。1972年德国拜耳公司正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料,引起各国的极大重视。1975年德国拜耳公司科研人员将聚氨酯分子链中引入亲水成分,让其在水中自乳化,从而得到高性能乳液,应用领域也逐步拓展。进入20世纪80年代后,由于合成技术的发展,水性聚氨酯进入飞速发展阶段。进入21世纪,世界范围内日益高涨的环保要求,更是加快了水性聚氨酯工业发展的步伐。国内对水性聚氨酯的研究开发于1972年开始,经过几十年的发展,也取得了一定的成绩[2]。

水性聚氨酯以水作溶剂,取代了有机溶剂,不仅具有不污染、运输安全、工作环境好等特点,而且具有良好的综合性能,在建筑、家具、汽车、印刷、皮革等行业使用越来越普遍,因此开发水性聚氨酯具有十分重要的意义。

1 水性聚氨酯的合成原料

水性聚氨酯的合成原料主要有4大类:(1)多异氰酸酯,常用的有甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、六次亚甲基二异氰酸酯(HDI)、多次甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)以及特殊用途的其它异氰酸酯;(2)多元醇或多元胺等含氢化合物。多元醇化合物主要有聚酯多元醇、聚己内酯、聚醚多元醇、氨基聚醚多元醇、聚己二醇、聚四氢呋喃、端羟基聚丁二烯橡胶、环氧树脂和含羟基的丙烯酸树脂等大分子多元醇。小分子多元醇有一缩二己二醇、1,4-丁二醇、三羟基丙烷、季戊四醇等。多元胺有丙二胺、二乙烯三胺、异佛尔酮二胺等;(3)亲水剂,这类物质有酒石酸、二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸半酯、二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等;(4)助剂,主要指中和剂、乳化剂、增稠剂、光亮剂、交联剂等。

2 水性聚氨酯的结构与性能

水性聚氨酯是一种多嵌段结构的聚合物,分子链的结构相当复杂。但在聚氨酯分子中的主链结构中有重复的结构特性基团NHCOO,此基团有类似酰胺基团(NHCO)和酯基团(COO)的结构,因此,水性聚氨酯化学与物理性质介于聚酰胺和聚酯之间。人们习惯上把水性聚氨酯分子链中分为2个部分硬链段区和软链段区,水性聚氨酯的性能与这2个链段有一定的关系。硬链段中含有大量极性基团,如氨基甲酸酯(NHCOO)、脲基(NHCONH)、酰氨基(CONH)等,这些基团作用力大,彼此之间可以通过氢键缔合在一起,分子链不容易旋转改变构象,表现为刚性。水性聚氨酯分子软段链中含有CO单键和CC单键,由于这些单键内旋转频率高,在常温下会有各种构象,呈无规线团状,具有柔顺性。由此可见,聚氨酯的结构中软、硬链段对制品的性能有很大的影响。

2.1 水性聚氨酯的硬链段对性能的影响

异氰酸酯、小分子多元醇或多元胺、扩链剂和交联剂构成水性聚氨酯的硬链段,这些物质种类和用量将会影响硬链段的内聚能,从而进一步影响产品的性能。合成水性聚氨酯的异氰酸酯主要分为脂肪族和芳香族2大类。芳香族多异氰酸酯由于具有刚性芳环,其力学性能好于脂肪族多异氰酸酯,但抗UV降解性能差,制品易泛黄。芳香族多异氰酸酯的反应活性较大,在预聚体合成时易产生支链和自身聚合,所以反应体系的黏度比较大,需要大量的溶剂进行稀释。支链结构的存在,在一定程度上提高了芳香族水性聚氨酯的力学性能,但过多的支链存在会造成分子量分布的多分散性以及乳化的困难,而最终影响制品的性能。相对于芳香族多异氰酸酯,脂肪族多异氰酸酯则易制得高分子量、低黏度、窄分子量分布的预聚体。合成的制品耐水性好,储存稳定性好,耐黄变。近来,人们开始将目光投向混合异氰酸酯体系,Yang[3]等利用三元二异氰酸酯(IPDIH6XDIXDI)的混合设计方法,制得了具有良好分散性及粘接性能的水性聚氨酯,小分子扩链剂、交联剂组成硬链段的另一部分,多元醇扩链生成氨基甲酸酯基团,多元胺扩链生成脲键。由于脲基的极性比氨酯基的极性强,因而用多元胺扩链的制品比多元醇扩链的制品具有较高的模量、硬度、粘接强度和耐热性能。向水性聚氨酯中引入交联剂,可以使聚氨酯分子形成交联网状结构,这样有助于粘接耐久性,耐水性,耐溶剂性等性能。

2.2 水性聚氨酯的软链段对性能的影响

低聚物多元醇构成软段,在聚氨酯分子中占有大部分,它的组成类型、相对分子质量及结晶性等,均影响分散体及其胶膜的许多性能。聚酯型水性聚氨酯比聚醚型水性聚氨酯具有较高的强度和硬度,主要原因是酯基极性大,内聚能高,软链段分子间作用力大,机械强度高[4]。而聚醚型水性聚氨酯的耐低温性能和抗水解性能比聚酯型好。聚醚型亲水性差,难以制得高固含量的乳液,聚酯型亲水性较好,可以制得高固含量的水性聚氨酯。在国内,生产的水性聚氨酯大部分用聚醚作软链段,产品的固含量一般在20%~30%之间,国外则不同,软链段一般用聚酯多元醇,固含量可达40%左右。对于聚醚型软链段,随着聚醚分子量的增加,膜的拉伸强度降低,断裂伸长率增大。但当亲水基团含量、NCO与OH比值(摩尔比)一定时,聚醚分子量越小,所需的NCO基团越多,形成的氨基甲酸酯键、脲键等刚性基团越多,膜的强度增大,断裂伸长率降低。

为了提高聚氨酯水分散液的性能,有人研究了用混合多元醇制备水性聚氨酯。袁月兰等[5]选用不同的软链段比例,不同的异氰酸酯比例和不同的扩链剂制备了水性聚氨酯。结果表明,在预聚反应中,当软链段中n(聚醚):n(聚酯)=0.5∶0.5,异氰酸酯中n(TDI)∶n(MDI)=0.5∶0.5,W(COOH)=1.0%,选用DEG为扩链剂,固定R值为1.3,得到性能优越的水性聚氨酯。

2.3 软硬段比例对性能的影响

在聚氨酯结构中,硬链段由于氢键作用会聚集,造成软硬链段的微相分离。硬链段含量的多少,直接影响制品的硬度、弹性和强度。一般情况下,随着NCO与OH摩尔比增大,膜的拉伸强度增大,成膜变硬,断裂伸长率随着NCO与OH摩尔比增大而降低。在实际工作中,我们可通过控制软硬链段的比例合成出预期性能的产品。高钰[6]等控制n(NCO)/n(OH)=2.4~2.6,采用JW2503与甲苯二异氰酸酯,预聚后经二乙烯三胺扩链,环氧氯丙烷封端后,以冰乙酸为成盐试剂,制得了优异的水性聚氨酯乳液,其涂膜具有较好的耐水性、耐酸性、耐碱性和耐盐性能,拉伸强度7.8 MPa,断裂伸长率760%。

3 水性聚氨酯的制备方法

水性聚氨酯的合成方法有外乳化法和自乳化法2种。

3.1 外乳化法

这是最早制备水性聚氨酯的方法。在适当分子量的聚氨酯预聚体或其溶液中,加入乳化剂,经强剪切力作用分散于水介质中并用二元胺扩链,即可制得聚氨酯乳液或分散液。外乳化法制备水性聚氨酯存在一些缺点:(1)分散液粒径较大且分布宽,贮存稳定性差,乳化剂的加入对成膜后胶膜的耐水性、强韧性和粘接性有很大的影响;(2)乳化剂用量大;(3)反应时间长。因此,目前已基本不用此方法。

3.2 自乳化法

自乳化法是在制备聚氨酯分散液的过程中引入亲水性成分,不需添加乳化剂。由于聚氨酯分子中含有亲水性的成分,所以在乳化阶段无需强力搅拌而自身分散形成乳液。该方法制成的分散液粒径较小,分布窄,成膜后胶膜的力学和其它应用性能优良。

在自乳化法的各方法中,其共同特点是首先制备分子量中等、端基为NCO的聚氨酯预聚体,不同点在于扩链过程。根据扩链反应的不同,自乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散缩聚法和酮亚胺/酮联氮法等。

3.2.1 丙酮法

将端异氰酸酯聚氨酯预聚体在溶剂中与含有亲水性基团的扩链剂反应,形成高相对分子质量的离聚体。所用溶剂必须是低沸点且能与水共溶,常用丙酮,故名丙酮法。此法的优点是丙酮的沸点低,与水互溶,整个体系均匀,操作方便,反应后易蒸除。由于使用了丙酮,降低黏度的同时也降低了浓度,有利于在乳化之前制得高相对分子质量的预聚体,所得分散液的膜性能较好。缺点是反应过程耗用大量溶剂,工艺复杂,成本高,效率低,安全性差,不利于工业化生产[7]。

3.2.2 预聚体混合法

含端基NCO的预聚体,当分子量不太高、黏度较小时,可不加或加少量的溶剂,直接用亲水性单体将其部分扩链。分散过程需在低温下进行,以降低NCO与水的反应活性,然后再用反应活性高的二胺和三胺在水中进行扩链,生成高分子量的水性聚脲-聚氨酯。此方法中,预聚体的黏度控制十分重要,否则分散将很困难[8,9]。为降低反应物黏度且便于分散在水中,可向反应体系中加入少量溶剂,反应后根据情况可不用蒸除溶剂。该方法避免了大量使用有机溶剂,工艺简单,便于工业化连续生产,但扩链在多相体系中,控制比较难。

3.2.3 熔融分散缩聚法

这是一种无溶剂制备水性聚氨酯的方法。首先合成带有亲水性离子基团和端基含有NCO的聚氨酯预聚体,然后把该预聚体与尿素或氨进行加聚反应,生成聚氨酯双缩二脲或含离子基团的端脲基低聚物,最后把低聚物在熔融状态下与甲醛水溶液发生缩聚反应和羟甲基化反应,形成含羟基的聚氨酯双缩二脲,用水稀释后即可得到稳定的水性聚氨酯分散液。该方法具有反应过程中不需要有机溶液,工艺简单易于控制,配方可变性大,不需要特殊设备等优点,因此具有广阔的发展前景。

3.2.4 酮亚胺/酮联氮法

酮亚胺/酮联氮法与预聚体法类似,不同之处在于扩链阶段,用酮亚胺或酮联氮代替二元伯胺进行水相扩链。酮亚胺或酮联氮遇水反应释放出二胺或肼,然后对预聚体进行扩链。由于释放反应的制约,扩链反应能够平衡地进行,得到性能良好的水性聚氨酯-脲分散液。

3.2.5 保护端基乳化法

此法是在乳化前先用酚类、甲乙酮亚胺、吡咯烷酮、亚硫酸氢钠等封闭剂把预聚体的端NCO基团保护起来,制成一种部分封闭式的聚氨酯预聚体,使其失去活性,再加入扩链剂和交联剂共乳化制成乳液。应用时,加热可使预聚体端NCO基团解封,NCO与扩链剂、交联剂反应,形成网络状结构的聚氨酯胶膜。该方法工艺要求高,乳液稳定性差[10]。封闭剂的选择有一定的要求,那就是解封温度要低。

4 水性聚氨酯的改性

单一水性聚氨酯在其应用上存在固含量低、自增稠性差、硬度低、成膜光泽低、成膜时间长、耐水性差等缺陷,因此需要提高水性聚氨酯的综合性能,以达到应有的需要。提高综合性能的办法就是对其进行改性。近年来,改性研究已成为热点。改性途径大致可分为4类:(1)改进单体和合成工艺;(2)添加助剂;(3)实施交联;(4)优化复合。其中优化复合改性最引人注目。

4.1 水性聚氨酯有机硅复合改性

有机硅聚合物具有2个最显著的特点就是耐氧化性和低的表面能。利用有机硅对水性聚氨酯进行改性可以综合二者的优异性能,弥补各自的缺陷,使得改性的水性聚氨酯表现出良好的憎水性、表面富集性、低温柔顺性等性能[11]。目前,用于改性水性聚氨酯的有机硅主要有羟基硅氧烷,氨基聚硅氧烷和环氧硅氧烷。改性方法通常有2种:一种方法是将含有羟基或胺基的硅氧烷树脂或单体与二异氰酸酯反应,将有机硅氧烷引到水性聚氨酯中,利用硅氧烷的水解缩合交联来改善水性聚氨酯的性能;另一种方法将在环氧硅氧烷作为后交联剂引入到体系中,形成环氧交联改性水性聚氨酯体系,可改善分散体的耐水性和力学性能。

Majumdar P等[12]用聚二羟甲基硅氧烷(PDMS)、三官能团的聚己内酯和多异氰酸酯,在二月桂酸二丁基锡催化下合成了能自动分成两相的硅氧烷-PU涂料。敲拍式原子力显微镜测试证明当PDMS质量分数为10%时,两相微结构分离明显,SEM和Si能谱测试表明表面富集硅元素。

刘鸿志等[13]将甲苯二异氰酸酯加入到聚醚二元醇和端羟基有机硅单体的混合物中进行反应,生成端基为NCO的聚氨酯预聚体,之后扩链中和,加水乳化合成了有机硅改性的聚氨酯乳液。所得材料经测试其耐火性、耐热性、耐低温性和力学性能均有提高。

侯孟华等[14]采用了3种代表不同结构类型的有机硅改性水性聚氨酯的涂膜与未改性的水性聚氨酯的涂膜进行对比,在力学性能基本保持或略有提高的前提下,具有更好的耐水性和表面疏水性。并且指出了3类含氨基的有机硅化合物中,r-氨丙基三乙氧基烷偶联剂水解后具有最佳的改性效果,其次是侧链氨基硅油和直链氨基硅油。

王武生等[15]用环氧硅氧烷改性水性聚氨酯,使水性聚氨酯中的羧基或羧基季铵盐基团与交联剂中的环氧基及硅氧烷基之间发生水解缩合反应。环氧硅氧烷改性水性聚氨酯所得涂层的耐水、耐有机溶剂性能好,同时具有固化温度低、无毒、使用安全等特点。但环氧硅氧烷对含季胺盐的阳离子型水乳型聚氨酯不起交联作用。

Kozakiewiczj[16]用双羟乙基氧丙基封端的聚硅氧烷或羟乙基封端的聚硅氧烷与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及二羟甲基丙酸反应制得了聚硅氧烷聚氨酯。成膜后膜的抗张力强度高,但弹性稍差,对钢的粘接性好,耐水性和耐溶剂性也较好。

4.2 水性聚氨酯环氧树脂改性

环氧树脂具有化学和热稳定好、强度高、附着力强和加工性能好的优点,但也存在固化后质脆、耐冲击性能差、容易开裂、柔韧性不足和耐磨性差等缺点。把环氧树脂引入聚氨酯主链中,能够得到性能更加优异的水性聚氨酯。文秀芳等[17]研究环氧树脂改性水性聚氨酯体系的R值(NCO/OH)、1,4-丁二醇含量、二羟甲基丙酸(DMPA)含量、环氧树脂的含量、中和度等对分散液和涂膜性能的影响。环氧树脂的加入显著提高了涂膜的耐水性、硬度和拉伸强度,并且得出环氧树脂的加入量为8%~9%。黄克威等[18]通过自乳化法合成了水性聚氨酯并用环氧树脂E-44对其进行改性。结果表明,随着环氧树脂用量的增加,乳液粘度和涂膜硬度增大,耐水性提高。为了控制粘度,适宜的环氧树脂用量为6%~8%。

4.3 水性聚氨酯丙烯酸酯复合改性

丙烯酸树脂具有机械强度高、耐老化、耐光不变黄、耐水性好等优点,但又存在着耐有机溶剂较差、高温易发粘、低温易发脆等缺点。若将聚氨酯与丙烯酸酯复合,必能克服各自缺点,发挥各自优势,涂膜性能得到明显的改善。

丙烯酸酯类化合物对水性聚氨酯的共聚改性是将丙烯酸酯加入聚氨酯乳液中,再通过引发剂进行自由基聚合而制得复合乳液(PUA)[19]。制备方法主要有以下几种[20]:(1)聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液共混,外加交联剂进行共聚形成PUA复合乳液;(2)先合成聚氨酯聚合物乳液,以此为种子乳液再进行丙烯酸酯乳液聚合,形成具有核/壳结构的PUA复合乳液;(3)2种乳液以分子线度互相渗透,然后进行反应,形成高分子互穿网络的PUA复合乳液;(4)合成带有CC双键的不饱和氨基甲酸酯单体,然后将大单体与丙烯酸酯单体进行乳液共聚,得到PUA共聚乳液。

邵鞠美等[21]研究了丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯,结果表明,丙烯酸酯的加入提高了涂膜的热稳定性,并指出当丙烯酸酯的质量分数20%时,涂膜具有较好的力学性能。

李延科等[22]在水性聚氨酯乳液中滴加丙烯酸酯单体,2种乳液发生共聚反应,制得了性能优良的具有核壳结构的水性聚氨酯和丙烯酸酯共聚乳液。研究表明,随着丙烯酸酯用量的增加,胶膜的玻璃转化温度和拉伸强度都有所增加,耐水性也得到明显的改善。

吕冬等[23]采用本体聚合法合成出一系列阻尼性能良好的聚氨酯/聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯)互穿聚合物网络,通过动态力学分析方法研究了不同合成工艺及配比对该互穿聚合网络(IPN)聚合的阻尼性能的影响。

Kim k等[24]研究了光引发聚合的线性互穿网络结构乳液。其过程与非交联型聚合过程类似,不同之处在于引入交联剂,使得粒子内部形成了互穿网络结构。

侯青顺等[25]以甲苯二异氰酸酯、聚异丙二醇、丙烯酸、二羟甲基丙酸为主要原料,采用分子设计合成了带有双键的氨基甲酸酯的丙烯酸酯类单体,用此大单体与丙烯酸酯类单体共聚,得到稳定的乳液。乳液的黏度随着聚氨酯大单体含量的增加而增大,胶膜的玻璃化温度则随着聚氨酯大单体含量的增加而下降,热分解温度(390±5) ℃,各种配比的PUA共聚乳液涂膜均为透明膜,具有较好的力学性能。

5 水性聚氨酯有机氟改性

氟具有强的电负性,吸电子能力强,F原子核对其核外电子及成键电子云的束缚较强,CF键的可极化性低,含有CF键的聚合物分子间的作用力较低,使得含氟聚合物具有较低的表面自由能,具有强的拒水、拒油的特性[26]。因此,将含氟基团引入PU结构中,既保留了聚氨酯优异的机械性能和两相微结构特征,又赋予材料优异的低表面能、拒水拒油性、润滑性、耐热耐化学品性以及抗沾污性和良好的生物相容性,目前已成为PU的新兴发展方向[27]。

Jeong H Y等[28]合成了与基底PU硬段具有相同重复单元的氟化氨基甲酸酯低聚物(SMA),在水合前将其与基底PU 混合。X 射线光电子能谱(XPS)和静态接触角都表明铸膜表面富集了大量的SMA。原子力显微镜(AFM)显示分散体铸膜的粗糙度在SMA质量分数为15%时增大了13倍,耐水性、耐油性都得到了提高。

Turri等[29]将全氟聚醚二醇引入到水性聚氨酯体系中。他们采用全氟聚醚二醇、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和DMPA进行缩聚反应制备出异氰酸酯终端的含氟聚氨酯,以乙二胺为扩链剂,得到主链软段含氟的水性阴离子聚氨酯分散体。研究了全氟聚醚二醇的分子量和COOH含量对水性含氟聚氨酯性能的影响。研究结果表明聚氨酯软硬段微相分离有效地提高了水性含氟聚氨酯膜的模量,同时随着全氟聚醚二醇分子量的减小或COOH含量的增加,弹性模量随着增加。他们还考察了含氟聚氨酯膜的拒水拒油性能,发现含氟量和含COOH量相对较高的聚氨酯具有最佳的拒油性能,而COOH含量较低时,所得到的膜具有良好的拒水性能,但是其拒油性不好。

谭鸿等[30]将侧链含氟PU与聚醚型PU共混以提高聚醚型PU的生物相容性和生物稳定性,通过XPS、AFM、接触角和血小板粘附研究发现,在混合物中极少量的氟元素(质量分数为0.1342%)就能使材料具有良好的表面结构和良好的血液相性。

6 水性聚氨酯其它改性

除了上述几种改性方法外,文献还报道了另外一些改性方法。张晓镭等[31]研究了有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯三元共聚乳液。罗振扬等[32]研究了水性聚氨酯纳米改性等等。

7 几点建议

纳米无机粒子改性聚氨酯研究进展 第4篇

摘 要：综述了近年来国内外无机粒子如CaCO3、TiO2、碳纳米管、石墨烯等在改性聚氨酯方面的研究进展，同时指明了改性聚氨酯的研究方向，对聚氨酯的发展前景进行了展望。

关键词：无机粒子；聚氨酯；改性

聚氨酯（PU）具有优异的耐磨性能、高强度、耐腐蚀、耐冲击性能和与其他材料粘接性能好等特点，是一种性能优异的工程材料，但抗拉强度低、不耐高温、不耐强酸碱介质等缺点限制了聚氨酯的使用范围，因此通常需对其进行改性以满足使用要求。近年来，纳米技术不断完善，已成为改善聚氨酯性能的有效手段。通过添加纳米无机粒子，可使聚合物的综合物理性能提高，尺寸稳定性也得到相应改善。本文旨在对纳米碳酸钙等无机粒子改性聚氨酯方面的研究进行综述。

一、纳米CaCO3改性聚氨酯

纳米CaCO3颗粒具有极高的表面能，亲水性能强，仅适用于极性体系使用。若加入到非极性体系中，则表现出较强团聚趋势，在与聚合物混合的加工过程中遇热、力等作用，往往团聚成几百纳米甚至微米尺度的颗粒，从而丧失纳米粒子的特有功能和作用。为改善纳米碳酸钙在有机体系中的相容性和分散性，改进添加纳米碳酸钙复合体系的性能，必须对纳米碳酸钙进行有机表面改性处理。近年来，大多数研究通过运用表面活性剂、硬脂酸及偶联剂对纳米碳酸钙进行表面改性，从而降低纳米粒子表面能，增强纳米粒子在聚合物中的分散性能。

杨红艳等研究了预聚体法制备的弹性聚氨酯/纳米CaCO3体系，研究表明，超声辅助和对无机材料的表面改性可以改善体系的硬度和扯断伸长率；最佳力學性能制备条件为纳米CaCO3含量为4%，合成温度80℃。

高勇等制备硬质聚氨酯泡沫/纳米CaCO3复合材料。样品的阻尼性能在纳米粒子含量增加的条件下，其背景内耗呈上升趋势，基体加入5%体积比的CaCO3后，体系在标准温度区间内的损耗因数均高于0.04，可作为硬质阻尼复合体应用。

二、纳米TiO2改性聚氨酯

为改善聚氨酯在光学及光化学方面的光高效催化、紫外线屏蔽作用、颜色效应和光电转化效应、杀菌功能等，通常在聚氨酯中加入纳米TiO2。

Charpentier等利用二羟甲基丙酸（DMPA）处理TiO2，进获得了聚氨酯/纳米TiO2复合涂层。研究表明，功能化TiO2能与与聚氨酯网络骨架形成稳定化学键合。聚氨酯/功能化纳米TiO2体系表现出良好的表面自净性能，同时还具有优异的光催化抗菌作用。

Mahfuz等制备了硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）/纳米TiO2复合材料材料，研究发现，TiO2纳米颗粒在聚氨酯基体中微观分布均匀，且复合材料热稳定性、弯曲模量以及弯曲强度等力学性能都有明显的改善。

刘福春等研究了聚氨酯/纳米TiO2复合涂层体系的制备控制条件对光催化性能的影响。发现TiO2纳米粒子在聚氨酯中均匀分布，无明显团聚现象，得到的复合材料光催化性能较好，并且涂层的催化性能随着TiO2加入比例的增加而增大。

三、石墨纳米材料类改性聚氨酯

石墨类纳米材料主要包括碳纳米管和石墨烯，通常主要用来改善聚氨酯的力学、电学性能，赋予聚氨酯以新的功能。

Kwon等制备了水性聚氨酯/碳纳米管复合材料。结果表明，CNTs对复合材料的热稳定性、力学性能、储存模量、玻璃化转变温度以及电性能都有一定的提高。而经过功能化处理后的CNTs对复合材料电性能能提高8-9个数量级。

Hodlur等制备了具有弹性好、压缩性强、均匀度好等特点的高压敏导电性能聚氨酯/石墨烯复合材料，研究表明，石墨烯在聚氨酯基体表面两者以强化学键结合；其压电性能具有压力响应性。此复合材料将在灵敏度要求较高的化学、生物传感器中有很大应用潜力。

四、其他无机粒子

目前，针对其他无机粒子改性聚氨酯的研究也颇为丰富，如纳米SiC、纳米SiO2等。

Rybak 等制备了聚氨酯/PS-SiO2-SiC纳米线复合薄片，并研究其电致应变性能。结果表明，复合样品变形的电压响应性较为明显。

五、结语

无机粒子在改性聚氨酯极大地拓宽了聚氨酯在多行业的适用范围和应用价值，主要研究方向如下：

1.提高无机粒子与聚氨酯的相容性，使无机粒子在聚氨酯基体中更为分散，二者的结合力更强。

2.改善聚氨酯原有性能，扩大聚氨酯的应用范围和条件。

3.增加聚氨酯某些特殊功能，例如压力响应性，电响应性等。

参考文献：

[1] 傅明源，孙酣经.聚氨酯弹性体及其应用[M].化学工业出版社，1999.

[2] 金国珍.工程塑料[M].化学工业出版社，2000.295-303.

[3] 杨红艳，栾道成，王红研等.聚氨酯/纳米碳酸钙复合材料及性能的研究[J].高分子材料科学与工程，2006，22（6）：106-109.

水性聚氨酯胶粘剂的改性研究 第5篇

水性聚氨酯胶黏剂是指将聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶黏剂，与溶剂型相比具有无溶剂、无污染、成膜性好、粘接力强、和其他聚合物尤其是乳液型聚合物易掺混有利于改性等优点。水性聚氨酯胶粘剂的粘接原理为：溶剂型或无溶剂单组分、双组分聚氨酯胶粘剂可充分利用-NCO基团的反应，在粘接固化过程中增强粘接性能；而大多数水性聚氨酯胶粘剂中不含-NCO基团，因而主要是靠分子内极性基团产生内聚力和粘附力进行固化；另外，水性PU含有羧基、羟基等基团，适宜条件下可参与反应，使胶粘剂产生交联，从而提高粘接力。

从90年代开始，水性聚氨酯胶黏剂已逐渐在汽车内饰物粘接、厨房用品制造、复合薄膜制造、鞋底鞋帮粘接以及服装加工等方面得到广泛应用。进入21世纪以来，PU的应用领域不断拓宽，特别是世界范围内日益高涨的环保要求，更加快了水性聚氨酯工业的发展步伐。经过几十年的发展，PU产品在汽车涂料、胶粘剂等领域已接近或达到溶剂型产品水平，原料生产实现了规模化。

近年来环境保护的压力迫使一些传统产品逐渐淡出市场，而水性高固含量和粉末产品等逐渐成为主流产品。水性聚氨酯胶粘剂以其独特的优异性能，正面临前所未有的发展机遇，需求量正以16%～30%的速度增长，是其他胶粘剂产品增长速度的两倍以上，并且向着高性能、功能化和进一步扩大应用领域的方向发展。国内水性聚氨酯胶粘剂的研究侧重于改性研究，改性后的水性聚氨酯胶粘剂在特定方面具备特定的性能在不同的应用环境中可发挥出不同的优势作用。那么，水性聚氨酯胶粘剂的改性研究可以从哪些方面入手呢？对此，洛阳天江化工新材料有限公司为我们提供了以下几种研究方向：

一、提高水性聚氨酯胶粘剂的固含量

普通合成工艺制得的水性聚氨酯产品的固含量多为20%～40%，这样会增加运输费用和干燥时间，同时影响粘接性，设法将固体分提高到50%以上是国内外研究的课题之一。洛阳天江化工新材料有限公司经反复实验得出了如下结论：采用分子中既含有端羟基又含有磺酸基的聚氧化烷撑和聚酯二醇作为合成水性聚氨酯的原料，使得聚合物中的亲水基团进行自乳化，能够显著提高乳液的稳定性。

二、提高水性聚氨酯胶粘剂的成膜性能

一方面，水的蒸发潜热高，干燥比较迟缓；另一方面，水的表面张力大，对粘附的基材特别是对低表面能或疏水性的基材润湿性差，难于赋予充分的粘接性。因此，加热干燥固化时，乳液粒子间不易得到连续的涂膜层。通常的办法是加入少量的溶剂如丙酮、甲苯等，但它们的沸点低，有毒且有着火的危险，对此，洛阳天江化工新材料有限公司给出的改进方法是：可以加入高沸点的氮甲基呲咯烷酮以降低着火的可能性。

三、水性聚氨酯胶粘剂的高性能化

随着人们对产品性能的要求提高，水性聚氨酯粘合剂的高性能化也是其今后发展的重要方向，洛阳天江化工新材料有限公司指出，水性聚氨酯粘合剂的高性能化可通过以下几方面得以实现：

1、调整原料

（1）调整原料的亲水成分

亲水成分(羧基、磺酸基团、季胺的氮原子等)在树脂固体成分中所占的质量分数越大，则预聚体即固体树脂的亲水性程度越大，越易得到颗粒极其细微的乳液。当原料中亲水成分的含量达到某一程度时，树脂完全溶于水，形成水溶液；亲水成分越多，乳液粒径越小，对贮存稳定越有利，但却不利于胶膜的耐水性。因此，洛阳天江化工新材料有限公司建议：在兼顾乳液稳定的前提下，控制亲水基团的含量尽可能低，或提高聚酯本身的耐水性，以长链二元酸及二元醇为原料（如己二酸等），将有支链的二元醇或新戊二醇作为原料也可提高聚酯的耐水性；除此之外，聚醚的耐水解性好，有时也可以与聚酯并用。另外，向聚氨酯分子链中引入表面能低的硅氧烷链段或功能性氟单体，可以增强水性聚氨酯的疏水性和耐玷污性。

（2）调整预聚体的分子量

乳化前预聚体的分子量小，粘度低，有利于其在水中的剪切分散。含羟基原料的羟基与二异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比-NCO/-OH影响预聚体的粘度及制品的性能。一般说来，-NCO/-OH越大，预聚体的粘度就越小，乳化时因水扩链或胺扩链而形成的脲键就越多，从而致使胶膜变硬，模量升高。

（3）调整多元醇的分子量

多元醇的分子量越大，所制成水性聚氨酯的胶膜越软；反之，分子量越小及官能团越多，所制成水性聚氨酯的胶膜越硬，耐水性越好。

2、热处理

虽然大多数水性聚氨酯产品可室温干燥固化，但通过适当的热处理，可提高胶膜的强度和耐水性。洛阳天江化工的专家为我们讲解了其中的原理：热处理一方面能使热塑性聚氨酯的分子链段排列紧密，羟基和脲基、胺基进行反应而产生一定程度的支化和交联，从而提高内聚力和粘接强度；另一方面可使可交联型聚氨酯基团之间发生化学反应，形成交联结构，从而提高材料的耐水性以及耐热性。

3、与其他聚合物共聚或共混

在经过pH值调节或经过相容稳定处理后，可将水性聚氨酯与其他水性树脂如丙烯酸乳液、氯丁胶乳等共混，组成新的水性胶。其中最重要的是水性聚氨酯改性丙烯酸酯，称为“第三代水性聚氨酯”，它结合了聚氨酯突出的力学性能与丙烯酸树脂较好的耐水性及耐化学品等性能，使材料的综合性能得到了很大程度的提高。洛阳天江化工新材料有限公司对目前所采用的主要途径做出了总结，即在适当条件下，实施PU、PA树脂共混、共聚或接枝。

此外，水性聚氨酯还可作为“种子聚合物”并作为高分子乳化剂，加入醋酸乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯等不饱和单体，以过硫酸盐或烷基氢过氧化物为引发剂，进行乳液聚合，从而得到性能优良的水性树脂。

4、交联

交联是提高水性聚氨酯性能，尤其是提高湿粘接强度和耐溶剂性能的重要途径，通常分为内交联和外交联。

（1）内交联

内交联是通过采用三官能团的聚醚或聚酯多元醇或异氰酸酯作为原料以及选用二乙烯三胺、三乙烯四胺等作为扩链剂，从而制得部分支化和交联的聚氨酯乳液的一种途径。有的水性聚氨酯含可反应的官能团，如在聚氨酯分子结构中通过含环氧基多元醇组分引入环氧基团，经热处理形成交联的胶膜。

内交联的缺点是会产生高粘度的预聚体，从而导致乳化困难，有可能得不到粒径细微的稳定乳液。对此，天江化工的专家给出的建议是：严格控制支化和交联度，否则在乳化预聚体时可能产生凝胶。

（2）外交联

外交联相当于双组分体系，即在使用前添加交联剂组分于水性聚氨酯主剂中，在成膜的过程中或成膜后加热产生化学反应，从而形成交联的胶膜；不是采用-NCO基团的交联点，而是靠线型聚氨酯水分散体中的羟基、羧基、胺基、氨基甲酸酯基及酰胺脲上的活泼氢，分别与各种交联剂进行化学反应，实现交联固化的反应。与内交联相比，外交联所得乳液的性能好，并且可根据不同交联剂品种及用量来调节胶膜的性能，但其缺点是操作不方便。

四、提高水性聚氨酯胶粘剂的初粘性

聚氨酯研究进展 第6篇

HTPB聚氨酯弹性体的动态力学性能研究

用动态热机械分析法研究了固化参数、增塑剂含量、不同助剂对HTPB/TDI聚氨酯弹性体的动态力学损耗的影响.结果表明:在所研究的HTPB/TDI聚氨酯弹性体的动态力学谱中,出现了两个损耗峰:其中低温峰(β峰)对应于HTPB聚合物的玻璃化转变:常温峰(α峰)对应于聚合物链中硬段微区的损耗峰.随固化参数提高,常温峰高下降;增塑剂DOS的.加入使常温峰向低温方向移动,使峰高大幅度上升;而防老剂H的加入却使其向高温方向移动,峰高大幅度上升.

作 者：庞爱民 PANG Ai-min  作者单位：中国航天工业总公司四院四十二所,湖北,襄樊,441003 刊 名：固体火箭技术  ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF SOLID ROCKET TECHNOLOGY 年，卷(期)：1999 “”(1) 分类号：V512 关键词：端羟基聚丁二烯推进剂   聚氨酯推进剂   力学性质  

聚氨酯研究进展 第7篇

用二步法合成了不同软段(PPO,PEG,PEPA)聚氨酯-酰亚胺(PUI)嵌段共聚物,FTIR光谱表征了所有合成PUI分子主链均含有酰亚胺链段,并研究了PUI嵌段共聚物的热性能受软段类型及长度的影响.DSC研究表明聚酯型PUI的.软硬段之间的相容性比聚醚型PUI好,随相同软段分子量的增加,PUI体系的软硬段兼容性变差,并显示了相分离的特征;热失重(TGA)研究得出不同软段的PUI样品的热稳定性大小顺序为:PEPA-PUI>PEG-PUI>PPO-PUI;动态力学(DMTA)研究给出了所合成的PUI样品在50～200℃范围内均出现了较长的模量平台显示出有较好的耐热性,且随硬段含量的升高其储能模量不断增强.

作 者：刘瑾 马德柱 陈晓明  作者单位：刘瑾(中国科学技术大学高分子科学与工程系,合肥,230026;安徽建筑工业学院,合肥,230022)

马德柱(中国科学技术大学高分子科学与工程系,合肥,230026)

水性聚氨酯的改性研究进展 第8篇

聚氨酯(PU)是由多异氰酸酯与多元醇反应得到的高分子聚合物,主链上除了含有氨基甲酸酯重复结构单元外,还含有醚键、酯键、脲键、脲基甲酸酯键等基团[1]。聚氨酯具有许多优异的性能,如耐磨损、耐化学品、强附着、成膜温度低且柔韧性良好等,广泛应用于航空、车辆、机电、土木建筑、轻工、纺织、皮革等行业[2]。传统的溶剂型聚氨酯在合成过程中需要添加有机溶剂,使材料具有易燃易爆、易挥发、气味大等缺点,而且还对人类的健康和环境造成危害。随着人类环保意识的增强和各国法律法规对挥发性有机物质的限量排放规章制度的日益完善,水性聚氨酯作为一种新型的环保材料越来越得到科研人员的关注。

水性聚氨酯是以水为分散介质,体系中没有或很少存在挥发性物质,不但具有不燃、不易挥发、无毒、对环境友好等优点,还具有溶剂型聚氨酯所具有的耐磨损、柔韧性好等优良性能。然而,由于水性聚氨酯的力学强度、耐溶剂性、耐水性等性能与溶剂型聚氨酯相比还存在一定的差距,其应用还存在一定的局限性。为此,人们尝试利用助剂或接枝共聚等方法对水性聚氨酯进行改性,以改善水性聚氨酯的上述缺陷,扩大水性聚氨酯的应用范围。

本文主要对常用的几种改性水性聚氨酯的方法,如环氧树脂改性、丙烯酸酯改性、有机硅改性、蒙脱土类改性、碳纳米管改性等进行了阐述,并对水性聚氨酯的改性技术做了进一步展望。

1 环氧树脂改性

环氧树脂具有环氧基和羟基两种活性基团,能与异氰酸酯反应[3],使环氧树脂与聚氨酯的网络间产生一定的化学链接,从而使聚氨酯/环氧树脂IPN结构具有特殊的性能[4]。由于环氧树脂具有力学强度高、粘附力强、易固化、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性好、热稳定性好等优点,因此用环氧树脂改性后的水性聚氨酯的力学性能、粘结强度、热稳定性、耐水、耐溶剂等性能都会得到提高。

用环氧树脂改性后的水性聚氨酯的拉伸强度相对于未改性时有明显的提高,然而随着环氧树脂质量分数的增加,断裂伸长率却降低了,这主要是由于:(1)环氧树脂作为大分子扩链剂,在聚氨酯中引入了刚性的苯环共轭结构,增加了分子链的刚性结构含量,降低了大分子链的柔顺性,也降低了聚氨酯随应力变形的能力,因此增加聚氨酯涂膜拉伸强度的同时降低了其断裂伸长率;(2)环氧树脂中的环氧基和羟基与异氰酸酯基团发生反应,相当于在聚氨酯整个分子中引入了交联体系,从而使聚氨酯的拉伸强度提高,断裂伸长率下降[5]。而且改性后的水性聚氨酯涂膜的耐水性和耐溶剂性能也因交联度的增加得到了很大的改善,并且更显著的一个优点是涂膜的干燥时间明显缩短[6]。

2 丙烯酸酯改性

丙烯酸树脂具有良好的耐水性、耐候性、耐酸碱腐蚀性等,经丙烯酸树脂改性后的水性聚氨酯不仅力学性能增强,且具有了良好的耐水性和耐候性,综合性能得到显著提高。

丙烯酸酯改性后的水性聚氨酯复合材料,结构发生了很大变化,体系中不仅存在大量的氢键,还产生了化学键,丙烯酸酯与聚氨酯分子之间发生了交联作用,形成了互穿网络。丙烯酸甲酯改性后的聚氨酯,互穿网络的形成,主要源于化学键作用力,硬段比例增加,抗拉强度增大,但韧性差;而丙烯酸乙酯改性后的聚氨酯,因化学键交联,形成接枝互穿网络,软段比例增加,抗拉强度高且韧性好[7]。

在改善水性聚氨酯的耐水性能方面,周维燕等[8]根据含C-F键的聚合物具有较低的分子间作用力和表面自由能、从而具有优异耐水和耐油性能等优点的原理,将含氟丙烯酸酯应用于水性聚氨酯改性,获得了耐水和耐油性能显著改善的水性聚氨酯。曾小君等[9]的研究表明,水性聚氨酯/丙烯酸复合乳液的性能主要取决于水性聚氨酯与丙烯酸酯的配比,适宜的配比显著提高改性后的水性聚氨酯的耐热碱性、力学性能和耐溶剂性能。

3 有机硅改性

聚有机硅氧烷是一类以重复单元Si-O键为主链,且在硅原子上直接连接有机基团的聚合物,其兼具无机和有机化合物的特性[3]。有机硅特殊的组成和结构特点,使其具有良好的柔顺性、介电性、热稳定性、生物相容性、耐氧化性、耐水性等。有机硅/聚氨酯共聚物不仅具有有机硅的优良性能,而且具备聚氨酯良好的耐磨性、强韧性等优点。

有机硅改性水性聚氨酯最常用的方法是共聚改性[10],改性后的共聚物中,作为软段的聚硅氧烷和聚醚链段可以使材料具有良好的弹性,作为硬段的聚氨酯链、聚脲链可以提高材料的强度[11]。Stelian V等[12]利用聚硅氧烷和聚氨酯形成互穿网络共聚物,通过TGA和DSC对该共聚物的热稳定性进行表征,发现共聚物的热稳定性随聚硅氧烷含量的增加而提高。陈精华等[13]研究了氨基硅油改性后的聚氨酯的力学性能、耐热性、耐水性,发现力学性能、耐热性和表面疏水性更优良[14]。郑智贤等[15]将有机硅引入水性聚氨酯分子中形成嵌段共聚物,测试结果表明:(1)有机硅的引入,提高了水性聚氨酯的交联度和拉伸强度;(2)有机硅含量的增加,水性聚氨酯的耐水性和耐溶剂性提高;(3)有机硅改性水性聚氨酯的硬段处于玻璃态而软段处于高弹态,随有机硅含量的增加,共聚物的耐热性增强。

4 蒙脱土类改性

蒙脱土(MMT)的基本结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间通过共用氧原子而形成的层状结构。利用蒙脱土对聚氨酯进行改性时,通常先利用有机化改性剂对蒙脱土进行预处理,以增加蒙脱土的憎水性。

侯孟华等[16,17]采用插层聚合的方法制备了蒙脱土/水性聚氨酯乳液,性能测试表明,未改性的蒙脱土分散在水性聚氨酯基体中的平均间距不小于4.5 nm,当蒙脱土在水性聚氨酯中添加量在1%左右时,涂膜的拉伸强度、断裂伸长率比未改性的水性聚氨酯分别提高了43.1%、34.6%,耐水性也有所提高;而有机改性的蒙脱土改性水性聚氨酯时,能均匀分散在水性聚氨酯中,蒙脱土粒子的间距小于2nm,涂膜的拉伸强度、断裂伸长率比未改性的水性聚氨酯的分别提高了69.7%、17.6%,其耐水能力提高了48.7%[18,19]。

张淑坤[20]利用浇注型聚氨酯弹性体的加工工艺合成聚氨酯/有机蒙脱土纳米复合材料,进一步研究了它的耐热碱水性能和弹性模量。结果表明,经纳米蒙脱土改性后聚氨酯弹性体的耐热碱水性能得到提高,主要原因概括为富集在水性聚氨酯/蒙脱土复合材料表面的憎水基阻碍了水分子的进入,并且由于纳米粒子的嵌入,增强了硅酸盐表面与聚氨酯分子间的界面结合力,阻碍了水分子的侵入;改性后的聚氨酯弹性体的弹性模量得到了提高,主要是因为聚合物分子链延伸到纳米材料片层结构,纳米粒子起到了填充补强作用,阻碍了聚合物分子链的运动,并且蒙脱土充当了物理交联点的作用,增加了聚氨酯的拉伸性能。

Jui-Ming Yeh[21]将表面改性过的钠基蒙脱土与水性聚氨酯乳液进行共混制备出蒙脱土/水性聚氨酯复合材料。扫描电镜显示蒙脱土均匀地分散在水性聚氨酯中。在水性聚氨酯中加入3%的蒙脱土,就可以显著提高复合材料的耐腐蚀性和热稳定性。热稳定性的提高主要是因为蒙脱土的存在改变了聚氨酯的微相结构,并且蒙脱土和聚氨酯间强烈的相互作用阻碍了聚氨酯链间的滑动,另外在复合材料中蒙脱土充当了成核剂的作用,增加了聚氨酯的结晶度。

5 碳纳米管改性

碳纳米管是由单层或多层石墨烯卷曲而成的,且具有螺旋周期管状结构的纳米材料[22]。碳纳米管作为一种新型的纳米材料,以其特有的分子结构、小尺寸效应,优异的力学、电学和热学性能受到广泛的关注,尤其在复合材料领域具有潜在的研究和应用价值。

在聚氨酯的改性方面,传统上利用环氧树脂、丙烯酸酯、有机硅、蒙脱土类层状硅酸盐以及碳酸钙等,由于这些改性剂的添加量较多,往往对聚氨酯的性能产生较大的影响,并且不能赋予复合材料光、热、电、磁等方面的性能,存在一定的局限性[22]。而利用碳纳米管对聚氨酯进行改性,不仅可以改善聚氨酯的力学性能,而且赋予了复合材料在电学和热学等方面的特性[23]。

姜宪凯等[24]通过原位聚合的方法用碳纳米管对聚氨酯改性,制得碳纳米管/聚氨酯复合材料,研究了碳纳米管对复合材料力学性能的影响。结果表明,碳纳米管的加入使聚氨酯的拉伸性能提高明显,而且经过酸化后的碳纳米管对拉伸性能的提高更加明显。主要因为碳纳米管有优良的力学性能,并且经过酸化后的碳纳米管还带有羧基和羟基等活性基团,可以通过原位聚合共聚在聚氨酯分子链中,进一步提高了聚氨酯的力学性能。

Jiyun K等[25]通过原位聚合的方法制备了水性聚氨酯/碳纳米管复合材料,并研究了用不同方法处理的碳纳米管以及不同量的碳纳米管对复合材料导电性能的影响。结果表明,酸化后的碳纳米管比未经酸化的碳纳米管对复合材料导电性能影响大,并且随着碳纳米管添加量的增加,复合材料的导电性能也会有所提高。

碳纳米管具有良好的耐热性,用于水性聚氨酯改性时,也会使复合材料的耐热性有所改善。另外,碳纳米管主要由碳原子组成,不会与生物组织发生反应,具有优良的生物相容性,因此在生物医学领域具有很大的发展前景[2]。

6 结语

随着纳米技术的发展,用纳米材料对聚氨酯进行改性逐步取代其它传统的改性方法。利用纳米材料进行改性,不仅可以使聚氨酯的力学性能、热稳定性、耐水和耐溶剂等性能得到改善,并且可以赋予复合材料独特的电、光、磁等性能,拓宽了聚氨酯的应用领域。但是,纳米材料的应用在技术上还存在分散性差、与材料基体相容性不好等很多难题,还需要我们深入研究。

摘要：综述了改性水性聚氨酯的几种常用方法,介绍了环氧树脂、丙烯酸酯、有机硅、蒙脱土类、碳纳米管等不同改性方法对水性聚氨酯主要应用性能的影响,并进一步展望了改性技术的前景。