无机纳米粒子改性聚氨酯的研究

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1、无机纳米粒子改性聚氨酯的研究1引言聚氨酯已成为六大合成材料z—,其应用范围居各种材料之首，但其强度不高，耐热、耐水抗静电等性能较差，限制其进一步的应用由于无机纳米微粒表现出小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，使材料拥有许多不同于常规材料的新奇特性，其加入能够赋予纳米复合材料在力学、光学、电学、磁学或催化等方面具有特殊的功能和性能这为聚氨吨的改性研究开辟了新的方向，但无机纳米粒子的表面效应，小尺寸效应和量子隧道效应，使其具有很高的表面活性，比表面积大，颗粒间处于非热力学稳定状态，极易发生团聚。此外，其与有机高聚物基体的表面或者界面性质不同，相容性较差，

2、因而难以在基体中均匀分散，直接或过多地填充往往导致材料的某些力学性能降低以及易脆化等缺点因此，有必要对无机纳米粒子表面进行改性，以降低粒子的表面能，改变粒子的表面极性，提高粒子与基体的亲和力，减少粒子间的团聚，促进纳米粒子在聚合物基体中的分散，提高材料的机械强度以及综合性能。目前改性聚氨酯制备聚氨酯无机纳米复合材料的纳米粒子主要有蒙脱土碳纳米管。除此之外，纳米无机复合材料等也可用来制备聚氨酯/无机纳米复合材料。其制备方法主要采用插层法、共混法、原位复合法、溶胶凝胶法。近年来，无机纳米粒子改性已经成为制备聚氨酯/无机纳米复合材料的主要手段之，进展很快，有的已

3、经产业化。2无机纳米粒子表面处理方法无机纳米粒子表面处理方法主要有：（1）表面接枝改性：通过化学反应将高分子化合物接枝到无机纳米粒子表面,从而改变纳米粒了表面结构和状态，达到改性的目的。表面接枝改性充分发挥了无机纳米粒子与高分子各自的优点，可实现功能材料的优化设计此外，纳米粒子表面接枝后，大大提高了其在有机溶剂和高分子中的分散性，可制备高纳米粉含量高均匀分布的复合材料。（2）偶联剂改性：就是偶联剂与无机纳米粒子表面发生偶联反应，偶联剂分了兼具能与无机纳米粒了进行反应的极性基团和与有机物具有反应性或相容性的基团，通过偶联剂处理，高表面能的纳米粒子与低表面能的

4、有机体有较好的亲和性，同时，偶联剂分子长链烷桂对纳米粒子表面包覆作用使纳米粒子间距离增大，团聚减少，以实现纳米粒子的良好分散。由于偶联剂改性操作比较简单，改性效果比较理想，所以在纳米粒子表面改性中应用较多。（3）酯化反应法：金属氧化物与醇的反应称为酯化反应。利用酯化反应对纳米粒子表面改性最重要的是使原来亲水疏油的表而变为亲油疏水的表面，这种表面功能的改性在实际应用中十分重要。该方法适用于表面有耗基的纳米粒子。（4）强酸修饰：常用于对碳纳米管等纳米粒子的表面处理通常用强酸对纳米粒了表面进行氧化处理，以改变纳米粒了的表面性质，从而提高其与聚氨酯的相容性，增加其

5、在聚合物基体中的分散性。同时，经过强酸处理后的纳米粒子，表面还可赋予竣基和瓮基等活性基团，这些活性基团除了可提高与基体间的界面结合力外，还可参与反应形成化学键结合的复合材料。（5）表面包覆改性：用无机化合物或者有机化合物对纳米粒子表面进行包覆,对纳米粒子的团聚起到减弱或屏蔽作用，而且由于包覆物而产生了空间位阻斥力，使粒子再团聚十分困难，从而达到改性的目的。包覆的机理可以是吸附、附着、简单化学反应或者沉积现象的包膜等。（6）机械化学改性：用粉碎摩擦等方法提高粒子表面活性，使分子晶格发生位移内能增大，表面原子遇见其它原子很快结合，使其他物质发生反应附着,使得纳

6、米粒子能够更好地分散于聚合物基体屮，达到表面改性的效果、机械搅拌分散的具体形式有研磨分散、胶体磨分散、球磨分散、砂磨分散、高速搅拌等。（7）超声波分散：超声波处理是降低纳米微粒团聚的一种有效方法。采用适当的频率和功率的超声波，利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波等，就可较大幅度地弱化纳米微粒间的作用能，有效地防止纳米微粒团聚。（8）高能处理法：此法是通过高能粒子作用，在纳米微粒表面产生活性点，增加表面活性，使其易与其他物质发生化学反应或附着，对纳米微粒表面改性而达到易分散的目的。3聚氨酯/无机纳米复合材料的制备方法聚氨酯/无机纳米复合材料大体可以分

7、为两类：（1）聚氨酯/层状纳米无机物复合材料，其制备方法为插层法。最常用的无机纳米粒子为蒙脱土（2）聚氨酯/纳米无机粒了复合材料，其制备方法主要有共混法、溶胶一凝胶法、原位聚合法。3.1插层法只适合蒙脱土一类的层状无机纳米材料、聚氨酯单体或聚合物分子以溶液、液体或熔体的方式进入经有机插层剂处理后的蒙脱土层状之间，进而破坏蒙脱土的层状结构，使其剥离成单个层状，并均匀地分散在聚合物基体中,以实现基体与蒙脱土在纳米尺度上的复合/聚氨酯/蒙脱土插层材料的制备，可以是先使单体进入蒙脱土夹层后聚合而得，也可以直接通过聚合物对蒙脱土夹层插入来获得插层的方式。一般有单体插

8、层原位聚合聚合物溶液插层和聚合物熔体插层。将二苯基甲烷二异氤酸酯和