碳納米管-水性聚氨酯復(fù)合材料的研究.pdf

1、聚氨酯材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)良的性能被應(yīng)用到許多領(lǐng)域，一直是研究的熱點(diǎn)。而水性聚氨酯材料具有低成本，無(wú)污染，柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，且有取代溶劑型聚氨酯的趨勢(shì)，但是水性聚氨酯材料強(qiáng)度不高，耐水性差，耐熱性不高，極大的限制了其應(yīng)用。碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度且與聚合物的結(jié)合力高，可以改善基體的力學(xué)性能和耐水性，是優(yōu)良的用于改善聚合物性能的材料。
　　 本文首先制備羧基化碳納米管/IPDI為單體的水性聚氨酯復(fù)合材料，紅

2、外表征結(jié)果表明成功的在碳納米管上接枝上羥基和羧基，SEM表征得知碳納米管含量在0.5％時(shí)可以在乳液中很好的分散，而當(dāng)碳納米管含量為1％時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重團(tuán)聚。DSC表征得知，物理共混法和原位聚合法制備的復(fù)合材料都Tg隨碳納米管含量增加而增加，但后者增加的幅度大于前者。碳納米管加入使得復(fù)合材料耐水性得到明顯提高，物理共混法制備的復(fù)合材料的吸水率從純PU的24.3％下降至碳納米管含量為1％時(shí)的7.2％；而原位聚合法制備的復(fù)合材料則下降至碳納米管含量

3、為1％時(shí)的5.75％；復(fù)合材料的力學(xué)性能也得到明顯提高，而且當(dāng)碳納米管含量為0.5％時(shí)最好，物理共混法制備的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度在碳納米管含量為0.5％時(shí)達(dá)到40.26MPa，斷裂伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，而原位聚合法制備的復(fù)合材料碳納米管含量為0.5％時(shí)拉伸強(qiáng)度為44.71MPa，而斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，可以看出由原位聚合法制備的復(fù)合材料由于碳納米管和聚氨酯之間生成化學(xué)鍵，兩者之間結(jié)合更緊密，所以拉伸強(qiáng)度比物理共混法制備的復(fù)合材料要高

4、，而且斷裂伸長(zhǎng)率也好于物理共混法制備的復(fù)合材料。
　　 其次在羧基化碳納米管/IPDI為單體的水性聚氨酯復(fù)合材料基礎(chǔ)上繼續(xù)研究氨基化碳納米管/IPDI為單體的水性聚氨酯的復(fù)合材料。紅外測(cè)試結(jié)果表明成功的在碳納米管上接枝上氨基，SEM表征得知，復(fù)合材料在氨基化碳納米管含量為0.5％時(shí)分散良好，而當(dāng)碳納米管含量為1％時(shí)發(fā)生團(tuán)聚。DSC表征結(jié)果與羧基化碳納米管/IPDI為單體的水性聚氨酯有類(lèi)似的變化趨勢(shì)。吸水率分析可知物理共混法制備的

5、復(fù)合材料的吸水率從純PU的24.3％下降至碳納米管含量為1％時(shí)的9.2％；而原位聚合法制備的復(fù)合材料則下降至碳納米管含量為1％時(shí)的6.4％；復(fù)合材料的力學(xué)性能也得到明顯提高，當(dāng)碳納米管含量為0.5％時(shí)最好，物理共混法制備的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度在碳納米管含量為0.5％時(shí)達(dá)到38.06MPa，斷裂伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，而原位聚合法制備的復(fù)合材料碳納米管含量為0.5％時(shí)拉伸強(qiáng)度為44.12MPa，而斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，可以看出氨基化碳納

6、米管加入后由原位聚合法制備的復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)于物理共混法制備的復(fù)合材料；與羧基化碳納米管復(fù)合材料相比，可以看出羧基化碳納米管/水性聚氨酯的拉伸強(qiáng)度要略強(qiáng)于氨基化碳納米管/水性聚氨酯復(fù)合材料，可能是由于羧基化碳納米管與聚氨酯之間生成的氫鍵要多于氨基化碳納米管/水性聚氨酯復(fù)合材料造成的。
　　 接著制備以HMDI為單體的新型水性聚氨酯乳液。HMDI是一種新型的異氰酸酯單體目前對(duì)其研究的較少，而且本章研究1，4丁二醇和乙二胺雙分子擴(kuò)

7、鏈劑制備一種以HMDI為單體的水新型性聚氨酯乳液，探討乙二胺含量對(duì)乳液性能的影響，結(jié)果表明，乙二胺加入使得乳液粒徑增加，影響乳液的穩(wěn)定性和成膜性，但是耐水性得到提高，力學(xué)性能呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，綜合比較乙二胺摩爾含量為20％時(shí)性能最佳，然后固定乙二胺的摩爾比為20％研究R值，DMPA含量和硬段含量三種單因素對(duì)乳液性能的影響，結(jié)果表明，R值為1，DMPA含量為6.5％，硬段含量為40％時(shí)綜合性能最好。
　　 最后以得到的HMD

8、I乳液最佳配方為基體使用原位聚合法制備不同含量羧基化碳納米管/HMDI為單體的水性聚氨酯復(fù)合材料。結(jié)果表明羧基化碳納米管的加入改善了復(fù)合材料的耐水性，力學(xué)性能。通過(guò)DSC表征得知復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg從-19.3℃上升至-12.8℃。復(fù)合材料的吸水率從11.6％下降至5.9％，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到改善，斷裂伸長(zhǎng)率為0.5％時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率上升，然后隨著碳納米管含量的增大而下降，而當(dāng)羧基化碳納米管含量為0.5％時(shí)拉伸強(qiáng)度從純PU的23