水性聚氨酯-Ni-Zn鐵氧體磁性納米復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、水性聚氨酯（WPU）以水做溶劑代替了傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，具有粘附性強(qiáng)、耐腐蝕性好、易于改性、環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)，在涂料、皮革加工、粘附劑、建筑材料等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而，相比于溶劑型的聚氨酯體系，水性聚氨酯的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和耐溶劑性都比較差，這限制了水性聚氨酯的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，因此，需通過改性來改善其性能。向WPU中引入無機(jī)納米粒子是一種行之有效的改性方式，能夠在很大程度上提高水性聚氨酯的諸多性能。Ni-Zn鐵氧體是一種磁性納米粒子

2、，與水性聚氨酯進(jìn)行復(fù)合，既能提高水性聚氨酯的性能，同時可以賦予其優(yōu)異的磁性能，從而使其有望應(yīng)用于電磁吸波領(lǐng)域。
　　本論文以Ni-Zn鐵氧體納米粒子作為填料，通過原位聚合法制備了一系列水性聚氨酯/Ni-Zn鐵氧體納米復(fù)合材料，并對其性能進(jìn)行了研究。本論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1.采用溶劑熱法制備了粒徑250 nm左右的中空 Ni0.3Zn0.5Fe2O4（h-NZFO）納米粒子，并以乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）對其

3、進(jìn)行改性，得到功能化的h-NZFO-VTES，最后通過原位聚合法制備了一系列WPU/h-NZFO納米復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的WPU/h-NZFO納米復(fù)合乳液在室溫下能穩(wěn)定存放21天。h-NZFO-VTES粒子具有優(yōu)異的分散性，掃描電鏡照片顯示，h-NZFO-VTES粒子均勻地分散于WPU基質(zhì)中。同時h-NZFO-VTES粒子的引入很大程度上提高了聚合物的凝膠含量、熱學(xué)性能、耐溶劑性和機(jī)械性能，當(dāng)h-NZFO-VTES添加量為2％

4、時，WPU/h-NZFO的初始熱降解溫度增加到288℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上升到101℃，拉伸強(qiáng)度由15.7 MPa增加到17.8 MPa。此外，WPU/h-NZFO納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性能，當(dāng)h-NZFO-VTES添加量為2%時，其最大比飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到8.86 emu/cm3。
　　2.利用異弗爾酮二異氰酸酯（IPDI）修飾 h-NZFO納米粒子，得到了功能化的h-NZFO-NCO粒子，以三羥甲基丙烷（TMP）作為擴(kuò)鏈劑，利

5、用原位聚合技術(shù)制備了WPU/h-NZFO納米復(fù)合材料。h-NZFO-NCO粒子提高了復(fù)合乳液的儲存穩(wěn)定性，乳液室溫可以存放一個月以上不分層。當(dāng) h-NZFO-NCO添加量高達(dá)6%時，材料依然表現(xiàn)出很好的分散性。相比于純的WPU，復(fù)合材料的初始熱降解溫度從268℃上升到298℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從43℃增加到98℃，拉伸強(qiáng)度從17.5 MPa增加到26.7 MPa。此外，h-NZFO-NCO粒子大大提高了復(fù)合材料的磁性能，當(dāng)h-NZFO-N

6、CO添加量為8%時，WPU/hNZFO納米復(fù)合材料的最大比飽和磁化強(qiáng)度高達(dá)15.24 emu/cm3。
　　3.采用溶劑熱法制備了粒徑15~20 nm的Ni0.3Zn0.7Fe2O4（NZFO）納米粒子，并以異氰酸丙基三乙氧基硅烷（IPTS）對其改性，得到了NZFO-IPTS功能納米粒子，并通過原位聚合法將其與WPU復(fù)合，制備了一系列不同NZFO-IPTS含量的WPU/NZFO納米復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，WPU/NZFO納米復(fù)合乳

7、液具有很高的儲存穩(wěn)定性，且當(dāng)NZFO-IPTS添加量高達(dá)8%時，材料依然表現(xiàn)出很好的分散性。NZFO-IPTS粒子的引入，在很大程度上提高了復(fù)合材料的凝膠含量、耐溶劑性、熱學(xué)性能和機(jī)械性能。當(dāng)NZFO-IPTS添加量為8%時，材料的初始熱降解溫度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別達(dá)到322℃和103℃，其拉伸強(qiáng)度從17.1 MPa增加到48.4 MPa。相比之前的工作，復(fù)合材料的磁性能也得到了明顯的提高，其最大比飽和磁化強(qiáng)度高達(dá)17.8 emu/cm