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《水性聚氨酯-纳米SiO2复合材料制备及老化性能研究》篇一水性聚氨酯-纳米SiO2复合材料制备及老化性能研究一、引言随着科技的进步和环境保护意识的提升，环保型水性聚氨酯材料因具有优异的物理机械性能、良好的耐候性和环保性，在涂料、胶黏剂、皮革、纺织等领域得到了广泛应用。
近年来，通过引入纳米材料来改善水性聚氨酯性能已成为研究热点。
本篇论文以水性聚氨酯与纳米SiO2的复合材料为研究对象，通过实验对其制备过程和老化性能进行深入的研究。
二、材料与方法1. 材料水性聚氨酯（WPU）、纳米SiO2、助剂等。
2. 制备方法（1）将水性聚氨酯与适量的纳米SiO2混合，通过机械搅拌使其均匀分散；（2）加入适量的助剂，提高复合材料的稳定性和性能；（3）在适当的温度和压力下，将混合物进行热处理，制备出复合材料。
3. 实验方法采用红外光谱、扫描电镜等手段对复合材料的结构与性能进行表征；通过加速老化实验，研究其老化性能。
三、结果与讨论1. 复合材料的制备通过上述方法成功制备了水性聚氨酯/纳米SiO2复合材料。
实验过程中发现，纳米SiO2的加入能够显著提高水性聚氨酯的稳定性，并改善其力学性能和耐候性能。
2. 复合材料的结构与性能（1）红外光谱分析表明，纳米SiO2与水性聚氨酯成功复合，两者之间存在化学键合作用；（2）扫描电镜观察显示，纳米SiO2在水性聚氨酯基体中分散均匀，有效提高了基体的力学性能和耐候性能；（3）力学性能测试表明，与未添加纳米SiO2的水性聚氨酯相比，复合材料具有更高的拉伸强度和更好的抗冲击性能。
3. 复合材料的老化性能通过加速老化实验发现，水性聚氨酯/纳米SiO2复合材料具有优异的老化性能。
在紫外光、高温等恶劣环境下，复合材料的物理机械性能和耐候性能均表现出较高的稳定性。
这主要归因于纳米SiO2的加入，提高了水性聚氨酯的抗老化性能。
四、结论本篇论文通过实验研究了水性聚氨酯/纳米SiO2复合材料的制备过程及老化性能。
《仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究》篇一仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究一、引言仿生超疏水材料在许多领域中都受到了广泛的关注，从工程表面涂层到生物学研究，这种材料的特性都是十分宝贵的。
它们因其具有极高的表面疏水性、自清洁性以及良好的抗污性等特性，在许多领域中都有着广泛的应用前景。
近年来，随着纳米技术的不断发展，将纳米材料与聚氨酯（PU）结合，形成超疏水涂层的研究也日益增多。
本文将就仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究进行探讨。
二、背景介绍仿生超疏水材料是通过模仿自然界中生物表面的微纳结构，以及这些结构对水珠的特殊反应来设计的。
这种材料具有非常低的表面能，使得水珠在其表面形成几乎完美的球形，从而产生超疏水效应。
而纳米技术的引入，使得我们可以在更小的尺度上对材料进行设计和优化，从而进一步提高其性能。
三、研究方法在研究过程中，我们首先选取了合适的纳米材料（如纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等）与聚氨酯进行混合。
然后通过特殊的工艺手段（如溶胶-凝胶法、喷涂法等）将混合物制备成涂层。
通过调整纳米材料的种类、尺寸以及浓度等参数，我们可以对涂层的性能进行优化。
此外，我们还利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等工具对涂层的微观结构进行了观察和分析。
四、实验结果与讨论1. 表面形态分析通过SEM和AFM的观测，我们发现纳米材料的引入使得聚氨酯涂层表面出现了大量的微纳结构。
这些结构能够有效地增加涂层的表面积，从而提高其疏水性能。
此外，这些微纳结构还能够有效地捕捉空气，形成一层空气垫，进一步增强涂层的疏水性能。
2. 疏水性能分析通过接触角测量仪的测量，我们发现经过优化的涂层具有极高的接触角和极低的滚动角。
这意味着水珠在其表面几乎无法停留，从而表现出优异的自清洁性和抗污性。
此外，这种超疏水性能在长时间的实验条件下表现稳定，表明了涂层具有较高的耐久性和稳定性。
3. 性能优化与比较通过调整纳米材料的种类、尺寸以及浓度等参数，我们发现当使用特定类型的纳米材料（如纳米二氧化硅）和适当的浓度时，可以获得最佳的疏水性能。
《仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究》篇一仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究一、引言随着科技的不断进步，人类对于自然界的生物和它们特有性能的研究愈加深入。
超疏水性能，这一自然界中如荷叶表面、蝴蝶翅膀等存在的现象，引发了科学家们强烈的兴趣和关注。
仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究，正是基于这一自然现象的探索与利用，旨在为人类生活带来更多的便利和可能性。
本文将详细探讨仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的制备方法、性能以及潜在应用领域。
二、背景及意义超疏水性能指的是材料表面具有极高的水接触角和极低的粘附性，这种特性在防水、防污、防腐蚀等方面具有广泛应用。
通过模仿自然界中具有超疏水性能的生物表面，人们可以开发出新型的仿生超疏水材料。
这类材料在汽车、建筑、纺织、医疗等领域具有巨大的应用潜力。
例如，在汽车领域，仿生超疏水涂层可以有效地防止车身积水和积污，提高汽车的使用寿命和安全性；在建筑领域，这类涂层可以用于制作自清洁的建筑外墙和窗户等。
因此，对仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
三、制备方法仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的制备主要包括以下几个步骤：首先，制备纳米级的超疏水材料；其次，将这种材料与聚氨酯进行复合；最后，通过特定的工艺将复合材料涂覆在基材表面。
在制备过程中，需要严格控制材料的粒径、分布以及涂层的厚度等参数，以保证涂层的超疏水性能和稳定性。
四、性能研究仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层具有优异的超疏水性能和稳定性。
通过对其表面微观结构的研究发现，纳米级的超疏水材料能够在涂层表面形成一种特殊的微纳结构，使得水滴在涂层表面形成球形，不易扩散和附着。
此外，该涂层还具有良好的耐磨损性、耐化学腐蚀性和热稳定性等优点。
这些优良的性能使得仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层在各种环境下都能保持稳定的超疏水性能。
五、应用领域1. 汽车领域：仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层可以用于汽车车身、挡风玻璃等部件的表面涂装，以提高汽车的防水、防污和防腐蚀性能，延长汽车的使用寿命。
学校代码10406分类号TQ630.7+9密级学号070080501007题目 纳米TiO的表面改性及其对2聚氨酯涂层耐蚀性能的影响作者庞 宇学科、专业材料物理与化学指 导 教 师 杜 楠申请学位日期 2010年5月学校代码：10406 分类号：TQ630.7+9 学号：070080501007南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）纳米TiO2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响硕士研究生： 庞 宇导 师： 杜 楠 教授申请学位级别：硕士学科、专业：材料物理与化学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期： 2010年5月授予学位单位：南昌航空大学Effect of surface modification of nano-TiO2 on the corrosion resistance of polyurethaneA DissertationSubmitted for the Degree of MasterOn Materials Physics and Chemistryby YupangUnder the Supervision ofProf. NanduSchool of Material Science and EnginneeringNanchang Hangkong University, Nanchang, ChinaMay, 2010摘要纳米TiO2具有较大的比表面积及微细的尺寸，表现出独特的物理和化学性质，近年来利用纳米TiO2的特性制备功能涂料已成为研究热点。
本文对纳米TiO2进行表面改性，研究改性纳米TiO2添加量对聚氨酯清漆及聚氨酯面漆耐蚀性能的影响。
并探索通过RAFT聚合对纳米TiO2进行改性，期望解决高含量纳米TiO2在涂料中的分散问题。
纳米TiO2的表面改性用硅烷偶联剂KH-570对纳米TiO2进行表面接枝改性，FT-IR和TG测试结果表明KH-570成功接枝在纳米TiO2的表面，接枝率为21.42%。
纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯的研制与应用摘要：水性聚氨酯涂料作为性能优良的“绿色涂料”，因其无毒、环保等优点，在很多领域得到了应用，但是也因其阻燃性能不佳，也限制了其在部分领域的应用。
本文主要阐述利用纳米二氧化硅对水性聚氨酯进行改性的机理及改性阻燃水性聚氨酯的应用。
关键词：纳米；二氧化硅；改性；阻燃；水性聚氨酯一、纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯机理纳米二氧化硅分子呈三维链状或网状结构，有些还具有三维硅石的结构，表面存在残键和不同键合状态的羟基。
纳米二氧化硅因其尺寸小、比表面积大、表面能高且表面配位不足等特点，易与水性聚氨酯分子结构中的氧发生键合作用，提高水性聚氨酯的键合力。
同时因纳米二氧化硅具有的小尺寸效应及活泼的化学性质，使其容易分布到水性聚氨酯分子链段的空隙中，从而增强水性聚氨酯的密度、强度、韧性及延展性。
纳米二氧化硅改性后的水性聚氨酯同时继承了二氧化硅及水性聚氨酯各自优良的特性，使得改性后产品的综合性能得到提升，大大拓展了其应用范围。
利用二氧化硅改性水性聚氨酯复合材料可将纳米二氧化硅以粉体、溶胶、凝胶等不同形式加入到水性聚氨酯乳液中，改性时，可根据不同的目的合理采用纳米二氧化硅加入方式，以获得不同改性效果的产品。
二、纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯方法（一）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将纳米二氧化硅前驱物溶于水或有机溶剂中形成均质溶液，然后与聚氨酯单体中的多异氰酸酯反应制备纳米复合材料。
该法主要分为两个步骤，首先生成溶胶，然后再与聚合物缩聚形成凝胶。
纳米二氧化硅中有大量各种各样的羟基，易形成二次粒子，甚至形成团聚体，因此，在应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中，颗粒的纳米效应也就很难发挥出来。
为了解决这一难题，可以采用溶胶-凝胶法。
用正硅酸乙酯水解缩合反应制备出二氧化硅，通过硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷对二氧化硅粒子进行表面改性，以丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯对纳米二氧化硅包覆进行二次改性，最终得到稳定的纳米二氧化硅分散液。
纳米材料对聚氨酯改性的研究现状Current Research on Polyurethane modifi ed by Nanomaterials■乐志威1 吴 燕2 钟世禄3Le Zhiwei1 & Wu Yan2 & Zhong Shilu3(1.2.3.南京林业大学家具与工业设计学院，江苏南京 210037)摘 要：近年来,纳米改性已经成为聚合物改性的主要手段之一，它在聚氨酯中的改性研究也取得了重要进展。
纳米微粒具有尺寸小、比表面积大、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大等特点。
纳米材料可以表现出小尺寸效应、表面效应、子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
因此，经过纳米材料改性的聚氨酯复合材料既保持了高分子材料的许多优异性能，又具有纳米材料的很多优点。
本文着重讨论了常见的几种纳米材料对聚氨酯改性的研究现状及发展前景。
关键词：聚氨酯；纳米材料；改性；聚合物；现状中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号:1006-8260(2013)05-0090-03 Abstract: IIn recent years, nano-modification has become one of the primary means of polymer-modification, modified polyurethane has also made important progress. Nanoparticles with a small size, large surface area, surface energy and surface tension increases with particle size decreasing sharply. Nanomaterials can show the small size effect, surface effect, sub-size effect and macroscopic quantum tunneling effect. So after the nanomaterial modifi ed polyurethane composite material while maintaining many of the excellent properties of the polymer material also has many of the advantages of the nanomaterials. This paper focuses on the research situation and development prospects of polyurethane modifi ed by several common nanomaterials.KeyWords: Polyurethane; Nanomaterials; Modifi cation; Polymer; Situation聚氨酯（P U）称为聚氨基甲酸酯，它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物的聚合而成的。
聚氨酯有多种产物，大致可分为热固性聚氨酯和热塑性聚氨酯两种，这只需通过调节配方中N C O/O H的比例就可制得不同产物，因为聚氨酯中含有强极性氨基甲酸酯基团。
然而根据它的分子结构不同又可以分为线型和体型两种。
其中体型结构可以制备出呈现硬的、软的或者介于软硬之间的产物，这是因为它的交联密度可控制在不同范围。
聚氨酯具有很多优点，如高耐磨、高弹性、良好的挠曲性、较高的杨氏模量以及较好的耐候、耐油、耐脂、耐溶剂等特点。
但其还是存在很多不足，如强度不高，耐热、耐水、抗静电等性能差。
所以目前出现很多改性聚氨酯的方法，其中纳米改性已渐渐成为重要的改性手段之一，根据不同需求，学者们提出很多纳米材料对聚氨酯进行改性的方法，不同的材料对P U的改性也会出现不同的效果，本文就这些纳米材料把其分成无机纳用，从而提高分子键合，且纳米S iO2比较容易分布到高分子链空隙中，从而可以很大程度上提高复合材料的强度、韧度以及延展性。
纳米SiO2还可以和聚氨酯中不饱和键的电子云发生作用，从而提高聚氨酯材料的热稳定性、化学稳定性及光稳定性，起到了提高产品的抗老化性能和耐化学性等作用[1]。
黄国波等[2]先将纳米SiO2进行预分散处理，在P U扩链阶段将其加入到反应体系中，进行原位聚合制备了纳米S i O2/P U复合材料。
他们对材料进行S E M检测，照片显示纳米S i O2基本上均匀分布在P U中，他们还对复合材料进行力学检测，结果跟纯P U相比复合材料有较好的力学性能。
P e t r o v i c a等[3]通过A F M及X射线分析等方法对纳米SiO2对于P U形态结构影响进行了研究。
结果证明纳米S i O2对P U球晶结构有很大的影响，由于纳米S i O2粒子均匀分散在P U的硬段与软段中，从而破坏了P U原有的相分离结构，抑制了在球晶内形成发散生长微纤，最后减弱米材料和有机纳米材料两部分，对纳米材料改性聚氨酯进行综述。
1 无机类纳米材料改性聚氨酯的研究现状无机纳米微粒具有小尺寸效应、表面效应、和宏观量子隧道效应等，因为无机纳米微粒的尺寸较小，它的比表面积大，且随着粒径的越来越小表面能和表面张力会越来越大。
所以当聚氨酯复合材料经过纳米无机材料改性后，它既可以保持高分子材料的纵多优异性能而且还会具有无机纳米材料的很多优点。
这些无机粒子是以纳米级的形式均匀的分布在基体中的，所以这种复合材料往往在热学、力学、电学等方面也具有一些特殊的性能。
1.1S i O2/聚氨酯纳米复合材料纳米S i O2的比表面积大，分散性也很好，且具有较高的活性，表面缺氧而偏离稳态的硅氧结构很容易和聚氨酯中的氧起键合作专论与综述SEMINAR & SUMMARY90了硬段的结晶能力。
C h o[4]等采用正硅酸乙酯(T E O S)进行溶胶-凝胶反应生成T E O S质量分数为5%、10%、20%、30%的P U/S i O2，并研究了P U/S i O2的力学性能和形状记忆，发现P U/S i O2力学性能得到了提高，且形状恢复力和形状保持力都达80%以上，结果也显示了T E O S质量分数为10%的P U/S i O2有断裂伸长率、最大的断裂应力和模量。
1.2C a C O3/聚氨酯纳米复合材料纳米CaC O3根据其粒度大小不同可以用于多种领域，目前已广泛应用在塑料、橡胶等方面。
然而它与其它一般纳米粒子却有点不同，纳米CaC O3粒子没有量子效应、小尺寸效应，也没有纳米复合材料应该具备的如电学性质、光学性质、磁学性质等一些典型的特征。
但其却可以增加聚合物基体的强度和韧性，因为它可以对基体产生很强的相互作用力[5]。
李丽霞等[6]采用原位聚合法一步制备了纳米C a C O3/P U复合材料。
然后对其性能进行检测，结果表明，复合材料的硬度和耐撕裂强度有所提高。
经过S E M测试和粒度分析发现，纳米C a C O3在基体中的分散性不好。
而卢艾[7]等用多亚甲基多苯基异氰酸酯(P API)改性纳米C a C O3表面，并经过超声作用，最后制备出纳米C a C O3/P U复合材料，经过S E M测试结果表明，纳米C a C O3能较为均匀的分布在P U中，基本达到理想分散状态。
1.3玻璃纤维/聚氨酯纳米复合材料玻璃纤维是由玻璃为原料经过熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，它的种类有很多，也有很多特点如机械强度高、抗腐蚀性好、耐热性强、绝缘性好，但其耐磨性较差，且质地很脆。
玻璃纤维是由一束束纤维原丝组成的，而每束纤维原丝是由几百根甚至几千根单丝组成，每个单丝的直径为几微米到二十几微米。
玻璃纤维用在复合材料时，可以增加复合材料的机械强度，提高其抗腐蚀性和耐热性等。
卢子兴等[8]研究了不同密度玻璃纤维对聚氨酯的增强效果。
实验结果表明，强度和压缩模量都有不同程度的提高，且聚氨酯中玻璃纤维含量相同时越高增强效果越好。
1.4T i O2/聚氨酯纳米复合材料纳米T i O2也是较常见的纳米粒子。
呈现白色固体或粉末状的两性氧化物，俗称钛白，是最好的白色颜料。
它的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的且无毒。
纳米TiO2和树脂经过特殊复合后会具有水油双疏性特性，且它能靠紫外线消毒及杀菌，故如果用纳米Ti O2改性聚氨酯的话不但可以提高聚氨酯的强度、所以当跟聚氨酯聚合时可以增强聚氨酯的韧性、耐磨性、防火性能等。
陈县萍[15]等采用原位聚合法制备的A l2O3/聚氨酯纳米复合材料，并对其进行了一系列测试，结果显示，少量纳米A l2O3粒子加入聚氨酯中，可以较好的增加聚氨酯的强度和韧性。
结果还显示纳米A l2O3在P U体系分散状态比较好，而且与P U基体有较强的界面作用。
1.7粘土/聚氨酯纳米复合材料粘土主要结构单元是铝氧八面体和硅氧四面体进行二维排列形成，它的颗粒很小，一般呈晶体或非晶体，尺寸在胶体范围内。
粘土大多属于2:1型的片状或层状的硅酸盐矿物，少数为管状、棒状。
因此一般用单体插层聚合法制备纳米粘土复合材料，或者也可以用直接共混的方法来制备。
粘土的颗粒上带有负电性，比表面积大，因此具有与其他阳离子交换的能力和很好的物理吸附性及表面化学活性，所以粘土纳米颗粒能以片层状分均匀的布于基体中，所以它可以提高复合材料的硬度、模量、阻隔性和耐热性能等[16]。
漆宗能等[17]采用插层聚合法合成了P U/蒙脱土纳米复合材料。
然后对其进行一系列测试，结果表明，复合材料的耐热性有所提高，且它的断裂伸长率和拉伸强度均增加两倍以上，同时经过X射线衍射测试显示，复合材料中粘土层之间的距离达到4.5n m。
同时经过X射线衍射测试显示，复合材料中粘土层之间的距离达到4.5nm。
2 有机类纳米材料改性聚氨酯的研究现状有机纳米材料不但具备一般纳米材料小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应等特点，它还具备了光学、电学、催化、药物、生物等较新型的性能，且他比较绿色环保，所以受到研究者们越来越多的关注，因此越来越多的人开始研究纳米颗粒材料，美国、日本和西方发达国家很早就涉及这领域，每年投入大量的人力和财力，他们已取得了很多专利与成果。
近年来我国也有不少科研人员开始从事该领域的工作，并取得了一定的基础研究成果，但总的来说与国外相比仍有一定的差距。
但是常规的无机纳米材料的制备不能用在有机纳米材料的制备，因为有机纳米材料的熔点和沸点较低，所以制备纳米纤维素受到很大的限制，但随着研究的不断深入近年来出现了一些较可行的方法，并且技术趋于成熟。
由于有机纳米材料的技术不是非常成熟，所以韧性、抗冲击性、耐老化性、耐热性、耐水性和耐溶剂性等[1]，而且还可以提高聚氨酯的抗菌和自洁能力。
