氧化石墨烯改性水性聚氨酯的制備和性能研究.pdf

1、水性聚氨酯（WPU）具備成膜性好、附著力大、耐磨性好、彈性好等性能，在工業(yè)應用上備受青睞。然而，WPU也存在力學性能差，抗紫外性能，耐水性和耐溶劑性差等缺陷。氧化石墨烯（GO）表面具有大量的親水基團，利用GO改性WPU，以達到克服性能缺陷，從而擴展WPU應用范圍的目的。主要研究內容如下：
　?。?）用改進的Hummers法合成GO。使用傅里葉紅外分析（FTIR），透射電鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、拉曼光譜、原子力顯微鏡（A

2、FM）對GO形成前后的結構及形貌進行了表征。研究表明GO的片層數(shù)在10層以內，單層厚度約為1.0 nm，形成了六邊形網格狀的獨特的晶體結構，平面晶體尺寸La約為200nm。
　?。?）采用聚丙烯乙二醇（PPG-2000）、2，2-二羥甲基丙酸（DMPA）和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）為原料合成一種WPU預聚體。通過超聲使GO分散，然后和預聚體高剪切乳化制備一系列的WPU/GO納米復合材料。WPU/GO納米復合材料通過傅里葉變換紅

3、外光譜（FTIR）、粒度分析、X射線衍射（XRD），掃描電子顯微鏡（SEM）、水接觸角測試、原子力顯微鏡（AFM）、拉曼光譜、拉伸性能試驗、熱重分析（TGA）和差示掃描量熱法（DSC）進行表征。結果表明，WPU/GO乳液表現(xiàn)出良好的分散穩(wěn)定性，WPU/GO乳液粒徑與純WPU相比有所增加。WPU/GO納米復合材料在GO含量為0.25~0.50wt％時，可以均勻分散。WPU/GO膜和水的接觸角值在GO含量為0.25（wt）%時是61.38°

4、，含量為0.50（wt）%時是62.32°，均高于純WPU（58.83°），疏水性能有所改善。GO的含量從0（wt）%增大為0.25（wt）%時，薄膜的拉伸強度從2.90MPa增加到4.66MPa，提高了60.69%，GO的含量從0.25（wt）%增大為0.5（wt）%時，薄膜的拉伸強度從4.66MPa下降到4.31MPa，隨著GO含量的增加，WPU/GO膜的斷裂伸長率變小。和純WPU相比，GO的添加使水性聚氨酯膜的熱穩(wěn)定性變大。最后，

5、WPU和GO之間有良好的協(xié)同作用，微相分離減小。
　?。?）用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）成功修飾了GO，并用二乙醇胺（DEA）還原，制備了APTES改性GO（A-rGO），利用A-rGO表面的氨基和WPU預聚體接枝共聚，成功制備了WPU/A-rGO納米復合材料。研究表明，WPU/A-rGO乳液穩(wěn)定性極佳，有效粒徑達到了納米級，隨著A-rGO的加入，WPU/A-rGO乳液的粒子有效粒徑先變大后變小。隨著A-rGO添加量的

6、變大，軟硬段相容性變差，微相分離程度提高，成膜性變好。在A-rGO添加量為1.0(wt)%時，軟段玻璃轉化溫度（Tg）為-57.14℃，使微相分離程度最佳。A-rGO的加入增加了復合物材料與水的接觸角，且當A-rGO添加量是1.0(wt)%時，接觸角有最大值77.2°，由此可知A-rGO改性WPU提高了復合材料的耐水性。A-rGO加入后，WPU/A-rGO膜的斷裂伸長率變大，拉伸強度變大，當添加量為1.0%時，斷裂伸長率達最大707.1