改性氧化石墨烯在水性聚氨酯领域的应用

氧化石墨烯（GO）是一种新兴的无机纳米材料,研究其改性方法并将其分散到水性聚氨酯（WPU）基体中,提高了无机/有机复合材料的力学、热学性能和抗菌等性能。该文梳理了GO的改性方法,并综述了GO/WPU复合材料在涂料、复合膜、胶黏剂领域的发展及应用,对绿色环保低碳WPU的发展提供了参考。     

硅烷偶联剂改性氧化石墨烯/水性聚氨酯复合物的合成与性能

采用改进的Hummers方法制得氧化石墨烯(GO),利用硅烷偶联剂改性氧化石墨烯后经氨水还原得到硅烷化还原氧化石墨烯(KRGO),再与水性聚氨酯(WPU)预聚体复合得到KRGO/WPU复合物。采用FTIR、XRD、SEM、TEM、TGA和电子万用机对复合物的结构和性能进行表征。结果表明,KRGO/WPU复合物热稳定性较纯WPU有所提高,KRGO/WPU-1质量损失为5%时的温度(T5%)比WPU大约高20℃;随着KRGO质量分数的增加,复合材料的拉伸强度先增大后减小,当KRGO质量分数为0.5%时,KRGO/WPU复合物的拉伸强度达到最大值(20.2 MPa),较纯WPU(10.8 MPa)提高了187.1%;另外,KRGO/WPU复合材料疏水性能较纯WPU也有明显改善。     

氧化石墨烯/水性聚氨酯复合薄膜的制备及性能研究

以自制的GO(氧化石墨烯)为填料,WPU(水性聚氨酯)为基体,采用溶液共混和流延成膜法制备了GO/WPU复合薄膜。着重考察了GO含量对GO/WPU复合薄膜力学性能和导热性能等影响。研究结果表明:随着GO含量的增加,复合薄膜的拉伸强度增强、导热系数增大;当w(GO)=4%(相对于复合薄膜质量而言)时,复合薄膜的拉伸强度(20.6 MPa)相对最大、导热系数[为0.208 W/(m·K)]相对最高[这是由于GO均匀分散在PU(聚氨酯)基体中,形成了连续褶皱状网络结构的缘故]。     

环氧改性氧化石墨烯/水性聚氨酯复合膜的制备及其增强作用

采用环氧氯丙烷（EPI）对氧化石墨烯（GO）进行共价键改性制备环氧改性氧化石墨烯（EPGO）,再将EPGO共混水性聚氨酯（WPU）制得含有不同EPGO质量分数（以水性聚氨酯有效含量计）EPGO/WPU复合膜,通过FT-IR、XRD、TEM表征了EPGO的结构和形态并测试了成膜拉伸性能、耐磨性能。实验结果表明：EPGO的添加可以明显提高水性聚氨酯膜的拉伸强度,当添加0.8wt%的EPGO时,复合膜的拉伸强度达到12.9MPa,较空白膜提高了67.5%,杨氏模量提高了39.2%,且复合膜的耐磨性显著提高,表明EPGO的添加对水性聚氨酯膜有一定的增强作用。     

不同还原程度氧化石墨烯-水性聚氨酯共混膜的性能研究

采用超声得到氧化石墨烯分散液,利用柠檬酸钠、抗坏血酸、L-半胱氨酸及硼氢化钠4种还原剂对氧化石墨烯进行还原,并与水性聚氨酯共混改性,通过实验探究还原后氧化石墨烯/水性聚氨酯复合材料的力学性能、介电性能。结果表明,还原后共混膜的力学性能、介电性等较未还原共混膜都有不同程度的改善,对导电性影响尤为显著,最好的共混膜提高了近1 150倍,充分体现了石墨烯良好的导电性。     

氨基化石墨烯改性水性聚氨酯合成及性能研究

用3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)插层改性氧化石墨烯(GO)得到氨基化石墨烯(APTMS-GO),通过FT-IR、XRD、Raman、TG、TEM、XPS表征出APTMS-GO的结构和形态。将APTMS-GO与带有异氰酸根的聚氨酯预聚物以原位聚合的方式聚合,制备了0-0.55wt%含量APTMS-GO的APTMS-GO/WPU复合材料,测试了其拉伸性能、热学性能、疏水性的变化;利用FE-SEM和TEM观察了截面中纳米填充物的分散情况以及乳液的粒径。结果表明：通过原位聚合得到的复合材料的拉伸强度得到了明显改善,由原来的10.13Mpa增加到28.96Mpa,当APTMS-GO含量为0.22wt%,复合聚氨酯的初始分解温度(Td5)从245℃增大到279℃,随着APTMS-GO含量的逐步增大,复合膜的接触角由71.3°提高到91.28°,实现了分子结构中疏水性作用的改善与提高。     

氨基化石墨烯改性水性聚氨酯的合成及性能

用3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)插层改性氧化石墨烯(GO),得到氨基化石墨烯(APTMS-GO)。通过FTIR、XRD、Raman、TG、TEM、XPS表征了APTMS-GO的结构和形态。将APTMS-GO与带有异氰酸根的聚氨酯预聚物以原位聚合的方式聚合,制得了含APTMS-GO质量分数(以聚氨酯合成原料的总质量计,下同)为0、0.06%、0.11%、0.16%、0.22%、0.33%和0.55%的APTMS-GO/WPU纳米复合材料,并测试了其拉伸性能、热性能和疏水性的变化;利用FESEM和TEM观察了截面中纳米填充物的分散情况及乳液的粒径。结果表明:通过原位聚合得到的复合材料拉伸强度明显改善,由纯水性聚氨酯的10.13 MPa增加到28.96 MPa;当APTMS-GO质量分数为0.22%时,复合材料的初始分解温度(T_(d5))增大到279℃,与纯水性聚氨酯相比提高了34℃;随着APTMS-GO质量分数的逐步增大,复合膜的接触角由71.3°提高到91.28°,复合材料的疏水作用得到了改善。     

氧化石墨烯/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

采用溶液共混浇注成膜法制备氧化石墨烯/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,并对其结构和性能进行研究。结果表明:氧化石墨烯在TPU基体材料中分散较好;随着氧化石墨烯用量(0～5份)的增大,氧化石墨烯/TPU复合材料的拉伸强度增大,拉断伸长率未明显下降;当相同用量(均为1份)的氧化石墨烯、碳纳米管、石墨和炭黑分别填充TPU时,氧化石墨烯/TPU复合材料物理性能提高幅度最大,补强性能最好。     

石墨烯改性聚氨酯国内文献综述

简述了石墨烯的性能和发展。详细叙述了国内近期用石墨烯对聚氨酯尤其是对水性聚氨酯的改性。认为石墨烯的加入,可从力学性能、表面性能、耐热性、导电性以及电磁屏蔽等方面赋予已具有优异性能的聚氨酯更多的功能化性质,使聚氨酯的应用领域更加广泛。     

功能化石墨烯改性无胺型水性聚氨酯的制备

以聚己内酯二元醇(PCL)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要原料,合成水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液(WPUA)预聚体。将偶联改性的纳米SiO_2与氧化石墨烯进行接枝后,与聚氨酯-丙烯酸酯乳液预聚体进行原位聚合,用自乳化法制备了经功能化石墨烯改性的无胺型水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液(SiO_2-NH_2-GO/WPUA),对功能化石墨烯的用量进行讨论,并对其复合乳液、胶膜结构及性能进行测试。与水性聚氨酯-丙烯酸酯(WPUA)相比,SiO_2-NH_2-GO/WPUA具有更好的耐温性及胶膜性能,当氧化石墨烯接枝SiO_2(SiO_2-NH_2-GO)质量分数为0.75%时,复合乳液胶膜较未改性乳液胶膜相比,热分解温度提高14.51℃;拉伸强度提高到81.28 MPa;该复合乳液配制的胶黏剂在铝箔/PVC薄膜的T-剥离强度达到15.4 N;易氧化物含量指标符合药品包装容器标准,表明该水性聚氨酯胶黏剂适用于医药包装。     

高硬度磺酸型水性聚氨酯涂料的合成及性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和环氧树脂(E-44)复合改性磺酸型水性聚氨酯,制得硬度高、耐热性和耐化学品性能优异的水性聚氨酯涂料。通过衰减全反射红外分析了聚氨酯的结构,用DSC、TG等对涂膜进行了表征。考察了KH-550及E-44含量对涂膜硬度、耐化学品性及耐热性的影响,结果表明:KH-550和E-44的加入均明显改善了涂膜的硬度和耐化学品性,当KH-550含量为6%~8%,E-44含量8%~10%时,涂膜的综合性能最优。     

磺酸型水性聚氨酯／改性SiO2复合材料的制备与性能研究

用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）对纳米二氧化硅（SiO2）进行改性,采用原位聚合将改性后的SiO2引入到磺酸型水性聚氨酯（WPU）中。结果表明,硅烷偶联剂与SiO2表面羟基发生了化学反应;随着改性SiO2含量的增加,复合材料的粒径逐渐增大,且复合材料的耐水性则得到明显改善;拉伸强度则随改性SiO2含量的增加先增大后减小,断裂伸长率逐渐减小;当改性SiO2质量分数为2．0％时,复合材料的拉伸强度最大,其值为39．62MPa,粒径为77．16nm,吸水率为13．69％,复合材料的综合性能较好。     

环氧改性聚酯聚醚型水性聚氨酯的合成及性能研究

选用环氧树脂E-44为改性剂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚多元醇(PPG-220)、聚酯多元醇(POL-220)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料合成了一系列环氧树脂改性的水性聚氨酯乳液。探讨了聚酯多元醇、DMPA和环氧树脂加入量对乳液和膜性能的影响。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、接触角及拉伸测试研究了改性树脂的结构、耐水性和力学性能;通过差示扫描量热法(DSC)和热重(TG)分析研究了聚合物膜的热性能。实验结果表明:当w(聚酯)=20.0%,w(DMPA)=3.9%,w(E-44)=8%时,获得综合性能优良的改性水性聚氨酯。     

磺酸型水性聚氨酯分散液的制备方法与性能

叙述了磺酸型水性聚氨酯分散液的分散性、固含量以及胶膜性能,除与低聚物二元醇、二异氰酸酯、扩链剂种类及合成工艺有关外,与磺酸根在聚氨酯大分子中的引入方式密切相关.从磺酸根不同引入方式,即磺酸根是从链端引入还是在链上引入,链上引入又分软段引入和硬段引入,详细介绍了不同引入方式和制备磺酸型水性聚氨酯分散液的工艺及性能.     

环氧改性水性聚氨酯的合成工艺及性能

采用甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、聚醚二醇(N220)、二羟甲基丙酸((DMPA)、环氧树脂和丙烯酸羟丙酯(HPA)为主要原料,合成了环氧改性的水性聚氨酯乳液。研究了反应温度、乳化分散速度、中和度和环氧树脂的用量对乳液及涂膜性能的影响。结果表明:当乳化分散速度为4 000~5 000 r/min,中和度为90%~95%,环氧树脂的添加量为4%~6%时,可得到性能较好的乳液。通过环氧树脂改性的水性聚氨酯涂膜具有硬度高、耐水性和力学性能好的特点。     

环氧树脂改性水性聚氨酯油墨连结料的合成与性能

以聚酯多元醇、甲苯二异氰酸酯和二羟甲基丙酸为主要原料,采用环氧树脂改性制备出稳定的水性聚氨酯油墨连结料。水性油墨连结料的红外光谱分析说明合成了水性聚氨酯结构油墨连结料;差示扫描量热法测试表明环氧树脂复合改性增加了涂膜交联度,涂膜玻璃化转变温度(Tg)明显提高;粒径分布分析说明经过环氧树脂改性水性聚氨酯树脂的粒径分布变宽;热失质量分析说明环氧树脂改性增加了涂膜的耐热性;水性聚氨酯油墨性能测试说明水性油墨连结料PUIV-1的基本性能优于所用的水性丙烯酸连结料。     

羟烷基聚二甲基硅氧烷改性水性聚氨酯的制备及性能研究

以羟烷基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氧化丙烯二醇N220、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)和1,4-丁二醇(BDO)为主要原料,制备了改性水性聚氨酯(WPU)乳液,研究了PDMS用量对其乳液性能、固化膜机械性能和表面性能的影响。结果表明,随PDMS用量的增加,WPU乳液粒径先增大后减小,而其粘度先降低后增加。PDMS改性WPU能明显改善固化膜的性能,增加PDMS的用量,固化膜的拉伸强度、硬度和耐水性及光泽度提高,透光度、耐热性和断裂伸长率降低。当软段中PDMS质量分数为20%时,WPU的综合性能最优,在光泽度、耐水、透光率和力学性能方面明显优于羟基硅油改性样品。     

环氧改性水性聚氨酯的合成工艺及性能研究

采用甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(GE-210)、1,4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙酸(DMPA)、环氧树脂(E-128)和丙烯酸羟丙酯(HPA)为主要原料,制备环氧改性水性聚氨酯乳液。研究预聚体中的—NCO和—OH物质的量之比(R)及小分子扩链剂、亲水扩链剂、环氧树脂的加入量,对粒径、黏度、贮存稳定性和涂膜耐水性的影响。实验结果表明:预聚体中R值为6～7;小分子扩链剂BDO用量为7%～8%;亲水扩链剂DMPA的用量为6%～7%;环氧树脂添加量为6%～7%时,乳液外观及稳定性最好,涂膜的耐水性能优异,可以作为一种性能优异的涂料用水性聚氨酯树脂。