聚氨酯_二氧化硅复合材料研究进展
聚氨酯/二氧化硅复合材料研究进展
刘 丹 曾少敏 姚 畅 徐祖顺*
(湖北大学材料科学与工程学院 武汉430062)
摘 要:综述了二氧化硅的表面改性方法和聚氨酯/二氧化硅(PU/S i O2)复合材料的主要制备方法,讨论了不同粒径、不同形态的Si O2以及表面改性方法对P U/S i O2复合材料性能的影响,介绍了PU/S i O2复合材料的应用,并展望了其发展前景。
关键词:聚氨酯;二氧化硅;制备;性能;应用
中图分类号:TQ323.9 文献标识码:A 文章编号:1005-1902(2008)03-0005-05
聚氨酯(P U)以其优异的性能在涂料、胶粘剂及橡胶等领域获得了广泛应用,但P U存在不耐高低温及表面性能欠缺等缺点,使其在某些特定领域的应用受到限制。为满足不同的要求,就必须对PU 进行改性研究。二氧化硅(S i O2)兼具众多优点,如粒径小、比表面积大、表面有羟基等,在PU中引入S i O2,可有效地提高P U的耐热性、耐水性、力学性能等[1-3]。但不同的制备方法可得到不同粒径和形态的S i O2,对聚氨酯/二氧化硅(PU/S i O2)复合材料的性能有重要影响,S i O2的表面改性可改善S i O2与聚氨酯复合材料的相容性,提高复合材料的性能。
1 二氧化硅的表面改性方法
S i O2与有机体存在严重的相分离问题,且粒间存在隧道效应和分子间氢键等作用,粒子极易团聚。引入前对S i O2进行表面改性,可消除或减少表面羟基数,使粒子由亲水变为疏水,增强与介质相容性,提高复合材料的性能。S i O2表面改性有无机改性和有机改性两种,常用无机表面改性如用T i O2对S i O2表面进行包覆,Fe2O3对S i O2的表面进行包覆[4,5],而人们用的更多的是有机表面改性法,根据改性剂的不同,介绍几种最常用的有机表面改性方法。
1.1 硅烷偶联剂改性
硅烷偶联剂是一类最常用的能明显改善S i O2表面性能的双官能团改性剂。它的一端可以和S i O2进行水解缩聚,另一端可以和有机组分进行物理和化学作用[6,7]。引入偶联剂,不仅在S i O2表面接枝了有排斥效应的有机基团,减少Si O2的团聚,且偶联剂带有的功能性基团能与有机单体反应,进一步增加粒子亲油性,为P U/S i O2的功能化提供更多更好的途径。采用不同偶联剂处理S i O2对P U/S i O2性能会有不同影响。Chen S[8]采用3 氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)对纳米粉体Si O2进行改性,发现在Si O2表面引入APTS可减少无机 有机分子间反应,而且引入的氨基可以和NCO基化学键合,这样可以制得PU/Si O2。接着Chen G D[9]用甲基三乙氧基硅烷(M TES)和 (甲基丙烯酰氧)丙基三甲基氧硅烷(MAPTS)分别对Si O2进行改性,合成了PU/Si O2,发现这两种偶联剂有效地改善了S i O2和P U的反应,P U/S i O2膜的储能模量随S i O2的增加先增后减,而MAPTS改性效果要比MTES改性效果更好。
1.2 醇类改性
醇类改性的机理是在高温高压下使醇与S i O2表面的羟基发生反应,脱去H2O,用烷氧基取代S i O2表面的羟基。游波等[10]在纳米Si O2表面接枝多元醇,经化学键键合后,避免了粒子在树脂中团聚,醇改性Si O2优点在于醇价格低廉,易合成且结构易控制。
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2008年第23卷第3期2008.V o.l23N o.3
聚氨酯工业POLYURETHANE I NDU S TRY
*通讯联系人
1.3 异氰酸酯改性
结合S i O2表面的特点,在其表面键接高反应活性的 NCO基团,可提高S i O2的反应活性。欧宝立[11]用过量的甲苯 2,4 二异氰酸酯(TD I)对S i O2进行表面改性,合成了含有高反应活性 NCO基的功能化S i O2粒子(S i O2 TDI)。键上接的 NCO又可和含 NH2、 OH等基团的聚合物反应,既可通过接枝在S i O2表面的聚合物将Si O2粒子隔开,防止其团聚,又可改善Si O2与聚合物间的粘接状况。1.4 表面包覆改性
表面包覆改性就是将表面改性剂覆盖在S i O2表面,改善粒子表面与聚合物界面的结合力。张颖[12]用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对表面包覆A l(OH)3的纳米S i O2进行改性,通过静电吸附作用,实现了SDBS对S i O2进行有机改性的目的,还可使用油酸通过氢键作用包覆S i O2,有效地改善团聚现象。
1.5 烯丙基缩水甘油醚改性
Chattopadhyay D K等[13]采用烯丙基缩水甘油醚对Si O2进行改性,使其有双键和羟基,然后与2种不同端基的PU分别反应,形成网状PU/Si O2,大大提高了PU/SO2复合材料的性能。
2 P U/S i O2复合材料的制备方法
2.1 共混法
共混法是一种最简单、传统的改性聚合物的方法。Y ang C H等[14]首先合成了水性聚氨酯(WPU),然后把不同含量的S i O2水溶胶直接混入W PU中制得了W PU/S i O2,其热稳定性、模量和力学性能都比纯WPU的好,而且由于S i O2的引入, W PU/S i O2显示透光可调性。Si O2溶胶一般以水或乙醇作介质,易均匀分散,可直接用于W P U。也可用粉末S i O2和沉淀Si O2和PU共混[15],亲水性的粉末Si O2使复合材料呈现假塑性和触变性行为,没有影响到PU的T g和力学性能,而沉淀S i O2使两者都降低。直接共混法简单易行,但是所得复合体系的S i O2与PU交联很少,Si O2在PU中分布不均,很容易产生团聚,往往会导致材料的力学性能下降。如果先对Si O2进行适当的表面改性处理[12],然后与PU 共混,可提高PU的力学性能。
2.2 原位聚合法
原位聚合法是将S i O2加入到单体中,混合均匀后在适当条件下引发单体聚合。Zhou S X等[16]采用原位聚合法合成了聚丙烯酸酯纳米P U/S i O2复合材料,并与微米S i O2合成的PU/S i O2进行了比较,发现纳米S i O2能显著提高PU/Si O2的硬度、模量、拉伸强度、耐磨性能和户外耐候性,而微米S i O2仅能增强P U/S i O2的硬度和耐磨性能。由于Si O2的形态不同,得到的PU/S i O2膜的性能也就不同。Chen Y C[17]制备了一系列粒径和表面 OH不同的纳米S i O2溶胶,然后采用原位聚合方法[8]合成了PU/ S i O2,测试发现T g随S i O2的粒径的增大先增大后减小,粒径在28~66nm范围内T g出现最大值,并与共混法制备的PU/Si O2进行了比较,发现原位聚合中有较多的化学键键合,且Si O2的分散性好,两种方法制备的PU/S i O2的T g都随纳米Si O2含量的增加而增加,而原位法得到的PU/Si O2的T g高于共混法的T g。在原位聚合中,也可采用硅烷偶联剂对Si O2进行改性,如Chen G D[18]先用4种硅烷偶联剂:甲基三乙氧基硅烷(MTES)(短链,不含C C)、辛基三乙氧基硅烷(OTES)(长链,不含C C)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)(短链,含C C)、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MATM S)(长链,含C C)对纳米S i O2溶胶进行改性,再与丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸及异氰酸酯进行聚合,得到丙烯酸改性的W P U/S i O2。研究发现S i O2进行偶联剂改性后,PU/Si O2的耐磨性能提高,而且发现长链硅烷偶联剂改性Si O2,使P U/S i O2的静态力学性能和透明度高于短链偶联剂改性PU/S i O2,但是储能模量比短链的改性效果差。含有双键的硅烷偶联剂能与丙烯酸化学键接,并发现MAT M S改性后的S i O2比VTES改性后的S i O
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更易与丙烯酸单体聚合。相比于共混法,原位聚合中单体分子很小,粘度低,S i O2在P U中能均匀分散,保持很好的特性,且膜有更好的力学性能。此法和共混法一样,聚合步骤简易,操作方便,是一种实用性很强的聚合方法。
2.3 溶胶 凝胶法
溶胶 凝胶法是制备有机 无机复合材料最有前景的技术,使用无机前驱体在聚合物中发生水解缩聚形成无机网络,将聚合物包埋在无机网络中制得复合材料,聚合物与无机网络既可是简单包埋与被包埋,也可是化学键相接,采用这种方法可使无机相在材料中很均匀的分散。常用于制备S i O2的前驱体有四乙氧基硅烷(TEOS),乙烯基三甲氧基硅烷
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聚氨酯工业 第23卷
(VT M S)等。Cho JW等[19]采用TEOS进行溶胶 凝胶反应生成TEOS质量分数为5%、10%、20%、30%的PU/S i O2,并对PU/Si O2的形状记忆和力学性能进行了研究,发现PU/S i O2的形状保持力和形状恢复力均达80%以上,力学性能得到了提高,TEOS质量分数为10%的PU/Si O2有最大的断裂应力,断裂伸长率和模量。采用溶胶 凝胶法制备S i O2,溶剂、温度、反应时间和反应介质对粒径和形态都有影响, Chen Y C[17]采用溶胶 凝胶法合成出了一系列的S i O2溶胶,发现在H2O/TEOS/E t O H比值不变的情况下,NH3/TEOS加入量增大,S i O2粒径增大, PU/S i O2的粘度随之先增大后减小。为避免S i O2溶胶给聚合物性能带来负面影响,常用硅烷偶联剂对S i O2溶胶进行改性,然后再参与聚合。由于溶胶 凝胶法反应条件较温和,S i O2在聚合物中分散更均匀,与聚合物分子链间的相互作用也更强,因而得到了广泛应用。
3 应用
3.1 在泡沫塑料中的应用
S i O2对聚合物可以起到增强增韧的作用,近年来,S i O2被广泛用于P U泡沫塑料体系。纯PU泡沫塑料表现出相对低的拉伸强度和压缩强度,而通过添加S i O
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,P U泡沫塑料的压缩强度、模量和尺寸稳定性得到增强。王军等[20]制得了一种纳米S i O2增强硬质P U泡沫塑料,通过SE M分析表明, S i O2均匀分散在P U中。S i O2添加量较低时,压缩强度和冲击强度有一定提高,但会引起粘度迅速增加,导致发泡困难,纳米S i O2质量分数为7%时,压缩强度和冲击强度开始下降。谢海安等[21]制备的PU/S i O2硬质泡沫塑料的TE M显示,S i O2在PU/Si O2中呈球状,粒径分布在50~70nm。随S i O2含量增加,PU/Si O2硬质泡沫塑料的吸水率先升后降,拉伸强度显著提高,冲击强度缓慢增大,而压缩强度先缓慢降低,到S i O2质量分数为0 9%时才急剧增大。
3.2 在涂料中的应用
PU以它优异的耐化学性、抗静电性、低温柔顺性在涂料领域获得了广泛的应用。近年来,成功地合成了几种光学透明性好又具良好耐磨损性的PU/S i O2涂料,Si O2不仅光学特性好,能吸收紫外光,改善涂料的热稳定性和化学稳定性。此外,对改善涂料的耐老化、光洁度、防腐性能等效果显著。W outersM E L等[22]合成了一种抗紫外线、硬度高的PU/S i O2涂料。还加入了导电聚合物,使涂料既抗静电又能保持透明性。性能测试表明,随Si O2含量增加,涂料的耐磨性显著增强,且在其表面引入抗静电的物质减少了尘粒粘覆。这种涂料为窗户和触摸板的应用提供很好的应用前景。周树学等[23]用S i O
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改性聚酯P U涂料,发现少量Si O
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就可提高涂料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率。涂料的紫外光吸收随S i O2含量的增加而增加,能改善涂料的耐候性。这为开发新型P U/Si O2涂料提供了重要的科学依据。
3.3 在胶粘剂中的应用
热塑性P U可作为胶粘剂用于鞋类,汽车等日常生活中,加入S i O2,可提高P U胶粘剂的粘接强度,流变性能和机械性能。V ega B audrit J[24]在PU 中引入S i O2显著提高了PU胶粘剂的流变、热学和机械性能,胶粘剂的储能模量、结晶性能、拉伸强度和即时剥离强度得到增强。S i O2改性PU的流变性能和机械性能越好,胶粘剂的粘接强度越高。
3.4 在弹性体中的应用
聚氨酯弹性体(P UE)具有塑料的高强度,又具有橡胶的高弹性,它的耐磨性、耐氧性、耐低温性等都很好,但是耐热性和耐水性较差,一般靠加入碳黑填料来提高强度和硬度,但是调节范围很有限,而填料S i O2不仅能改善P UE的耐水性和耐热性,且能同时增强增韧。Nunes R C R[25]在PUE中加入了S i O2填料,使PUE的硬度、模量、力学性能得到显著的增强。但是对弹性体的耐热和耐水性的提高还需要进一步的研究。
3.5 在膜材料中的应用
P U材料具有性能多样性、可控性、良好的生物相容性及一定的化学稳定性等优点,在超滤、反渗透、气体分离膜生物反应器和膜传感器等领域获得了广泛关注。但P U用作膜分离材料也存在较多局限性,如:膜致密层孔径较大且分布较宽,膜的水通量小,截留率较低,这对它的实用价值影响很大。赵梓年等[26]对PU铸膜液体系进行了改性,他以P U 为基质,添加S i O2及界面改性剂,通过湿法相转化法制得了有实用价值的P U杂化超滤膜。结果表明,Si O2可显著改善膜孔结构,膜水通量有较大幅度的提高,Si O2用量在一定范围内,截留率也有一
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第3期 刘丹等 聚氨酯/二氧化硅复合材料研究进展
定增加。界面改性剂的加入可使Si O2在PU铸膜液中均匀分散,进一步增加PU与S i O2间的界面微孔数量及细化微孔,使该膜的水通量和截留率进一步增加。
4 结束语
近年来,P U/S i O2复合材料的研究得到了巨大发展,并在某些领域得到了应用,今后应在以下两方面发展:(1)寻求更好的合成方法,减少反应步骤缩短反应时间;(2)PU/Si O2复合材料应用很少,应进行深入研究,扩大应用范围,实现工业化生产。
参 考 文 献
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收稿日期 2008-02-18 修回日期 2008-04-22
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聚氨酯工业 第23卷
R ecent Progress in Polyurethane/Silica Co mpositesM aterial
L i u D an Zeng Shao m i n Yao Chang Xu Zushun*
(Faculty o f M a teri a ls Science&E ng ineering,H ubei Universit y,Wuhan430062) Abst ract:The m a i n m ethods o f the surface modifica ti o n of silica and prepar i n g polyurethane/silica co m posites (PU/Si O2)w ere rev ie w ed.The effects o f different particle sizes,types o f silica and the m odificati o n m ethods on t h e properties of po lyurethane/silica co m posites w ere discussed.So m e applications of P U/S i O2w ere introduced. The f u t u re o f the co mposites were also prospected.
K eyw ords:po l y urethane;silica;synthesize;property;app lication
作者简介 刘丹 女,1984年生,硕士研究生,主要从事聚氨酯/二氧化硅复合材料方面的研究。
消息动态
高承载高回弹泡沫用活性多元醇
拜耳材料科学公司设计了新型高活性多元醇用于生产家具和床垫用的高承载高回弹聚氨酯软泡片材。这种U ltra ce lU3000高相对分子质量聚醚多元醇是一种含10%苯乙烯 丙烯腈(SAN)固体聚合物的稳定分散体,生产的泡沫稳定、耐揉皱收缩,发泡时水的用量和异氰酸酯指数范围宽,高固含量聚合物多元醇如A rco lH S 100或H yperlite E 850的用量可调。
加入U ltrace lU3000的泡沫对成本影响不大,牢度变化范围宽,好于相当密度泡沫的标准要求,短期压缩后回弹更快,承载因子达到2 5,而质量最好的常规泡沫的承载因子只有2 0。
张骥红译自P lastics T echno logy,2008,54(3):28
聚氨酯泡沫耐久衬板
Chem li ne公司设计了一种新型耐磨M D I基聚氨酯弹性体配方,特别适用于汽车制造业的精密产品在储存和运输过程中的耐久衬垫材料,这种弹性体的牌号为Che m thane 8010,邵A硬度达90~100,可用常规的R I M设备加工,混合体积比为1 2,固化时间6m in。
张骥红译自P lastics T echno logy,2008,54(3):28
南京金浦锦湖环丙一体化装置投产南京金浦锦湖石油化工有限公司新建的环氧丙烷(PO)一体化装置于2008年5月15日正式开工生产。此装置初步设计年产能为10万t PO和5万t PPG,其产能可根据市场软泡聚醚、硬泡聚醚的发展态势进行相应调整。
南京金浦锦湖石油化工有限公司是由江苏金浦集团和韩国锦湖石油化学株式会社共同投资的合资公司。公司将充分依托南京化学工业园区的产业优势,投资建设环氧丙烷一体化装置。采用DCS控制技术,提高了自动化水平,依托统一的公用工程,形成资源共享,节省了投资,同时大量节能技术的应用,降低了能耗,保证了三废的全面治理和综合利用。
该项目总投资约2亿美元,为国内最大的环氧丙烷一体化生产装置。环丙一体化项目是石油化工与无机化工、聚氨酯产业与氯化工产业链的高度结合,产品成本低,市场抗风险力强。环丙一体化项目向上延伸,可以发展氯化工和基础原料工业,填补南京市产业空白,向下延伸可以发展建筑节能材料和汽车配件,符合南京重点产业发展政策。该项目的建成将使南京市成为国内聚氨酯产业聚集地,对南京发展汽车工业、节能建筑材料工业有极大的推动和帮助作用。
张骥红
新型TP U光稳定剂
C i ba特种化学品公司公布了一种新型的固体光稳定剂体系T i nuv i n PUR866,该产品可大大提高透明或浅色芳香族TPU系列的贮存性能,可用于高性能的运动鞋的气垫、滑雪靴涂膜、户外服装等。以前的芳香族TPU光稳定剂体系是U V吸收剂加上HALS,由于变色导致产品返回率高。而T i nuv i n PUR866固体光稳定剂的芳香族TPU产品,色彩保留性能良好,使得其比TPE具有更好的应用领域。
C i ba公司的新产品T i nuv i n PUR866具有良好的抗氧化性能,不会在使用后影响TPU反应过程体系的初始颜色,而其它光稳定体系会有一点发黄。与T i nuv i n328苯并三唑U V吸收剂加T i nuv i n622HALS体系相比,该新型光稳定剂表现了优良的色彩保留性能。
另外,T i nuv in PUR866用量减半时,提供了相同的光稳定效果(用量0.5%与1%相比)。它与典型的抗氧化体系的配合作用优越,用于TPU体系中的长期热稳定性良好。
李颖华译自P lastics T echno logy,2007,53(12):68
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第3期 刘丹等 聚氨酯/二氧化硅复合材料研究进展
纳米复合材料最新研究进展与发展趋势
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
水性聚氨酯研究进展
技术进展 Technology Progre ss 水性聚氨酯研究进展 颜 俊 涂伟萍 杨卓如 陈焕钦 (华南理工大学化工学院,广州,510640) 提 要 介绍了国内外水性聚氨酯研究的进展。 关键词 水性聚氨酯,粘合剂,涂料 聚氨酯即聚氨基甲酸酯(PU),它是分子结构中含有重复的氨基甲酸酯基(—NHC OO—)的高分子聚合物的总称。自从1937年德国Bayer教授首次合成聚氨酯以来,聚氨酯以其软硬度可调节范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点逐渐被人们所认识。因而,基于聚氨酯弹性体的发泡材料、涂料、胶粘剂用途越来越广。 聚氨酯的发展大致可分为两个阶段。第一阶段主要以溶剂型聚氨酯为主;第二阶段是水性聚氨酯迅速发展的阶段。水性聚氨酯迅速发展的原因是多方面的。首先,有机溶剂易燃易爆,挥发性大,气味大,甚至有毒有害。所以,从安全角度,从减少大气污染和保护人民身体健康角度看,水性涂料的发展是必然的。从成本和资源角度看,也应该发展水性涂料替代溶剂型涂料。 1 国外水性聚氨酯的发展方向 早期的水性聚氨酯是单组分、线性的,在涂膜干燥后亲水性基团不减少,干燥形成的涂膜遇水易溶胀,耐溶剂性和耐热性也不好,降低了其使用性能。为了提高水性聚氨酯涂膜的耐水性、耐热性,各国研究人员进行了大量的研究工作。 1.1 双组分水性聚氨酯 20世纪90年代开发了双组分水性聚氨酯。制备双组分水性聚氨酯有几种方法。其一是利用含羧基和羟基的丙烯酸酯聚合物制取双组分水性聚氨酯[1]。但是,含羧基和羟基的丙烯酸酯聚合物的制备价格昂贵。其二是用亲水的聚醚与多异氰酸酯发生部分反应制取亲水性好的多异氰酸酯组分以加强甲、乙组分的相容性[2～4]。但是,用亲水的聚醚改性多异氰酸酯增加了成本,而且亲水聚醚会引入涂膜耐水性变差的问题。当然也可用高速剪切混合来加强两组分的相容性,但是能耗和设备费却增加了。 美国ARC O化学技术公司开发了一种新技术并于1999年9月获得专利[5],新技术的核心是使用含重复的烯丙基醇或烷氧化烯丙基醇的水分散聚合物。新技术无须使用制备含羧基和羟基的丙烯酸酯聚合物时必须的羟烷基丙烯酸单体,同时,它可使用T DI、H DI等多异氰酸酯作另一组分,也无须高速剪切混合,因而降低了成本。而且它独特的整齐重复的羟基提高了聚氨酯的光亮度、硬度和耐候性。有3个美国专利[6～8]介绍了含重复的烯丙基醇或烷氧化烯丙基醇的水分散聚合物的制取。如:先加入烯丙基醇或烷氧化烯丙基醇单体然后逐渐加入其他单体如丙烯酸酯单体,在约130～170℃下反应。逐渐加入的方式有利于生成整齐重复的羟基。残余单体由真空精馏或薄膜蒸发分离。 另一新的技术是以半交联含多羟基的聚氨酯预聚体作甲组分,甲组分含有机硅和(或)有机氟[9]。这种水性聚氨酯的热稳定性好,耐水性、耐溶剂性,耐化学试剂和耐候性都接近双组分溶剂型聚氨酯。而且,解决了传统的水性聚氨酯分子中大量存在的脲基容易使涂膜泛黄的问题。 1.2 新的单组分水性聚氨酯 在双组分水性聚氨酯迅猛发展的时候,能克服某些传统的单组分水性聚氨酯缺点的新的单组分水性聚氨酯也不断地被开发出来。Natesh通过试验发 222001年第7期 化工进展
聚氨酯涂料现状及发展趋势
MDI型水性聚氨酯涂料的研究进展 摘要：综述了二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)与聚醚型、聚酯型或聚醚一聚酯共混型多元醇反应制备的水性聚氨酯(WPU)涂料的研究进展，简单介绍了MDI型WPU 涂料在不同领域的应用，并对MDI型WPU涂料的未来发展前景作了展望。 关键词：MDI；水性聚氨酯；涂料；研究进展 聚氨酯(PU)涂料是20世纪60年代发展起来的高档耐用的合成树脂涂料，具有优良的附着力、耐化学品、装饰性和耐磨性能，广泛用于木器家具漆、地板漆、汽车修补漆、防腐涂料和特种涂料。国内生产厂商主要集中在华东和中南沿海省市，其中江浙沪产量增长最快，华东地区PU涂料产量约占全国PU涂料产量的80％［1］。 随着社会的进步、科技的发展和人们环保意识的提高，研究人员越来越重视开发具有环保性能的PU产品，水性聚氨酯(WPU)就是近年来关注和研究的热点之一。WPU是以水为分散介质的二元胶体体系，与溶剂型PU相比，具有无毒、不易燃烧、不污染环境等优点［2］。甲苯二异氰酸酯(TDI)是制备WPU涂料的一种常用二异氰酸酯，而二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)是继TDI后发展起来的一种极其重要的二异氰酸酯，其相对分子质量大、饱和蒸汽压低、毒性也低，且MDI 对称的分子结构使MDI型涂料的漆膜强度、耐磨性及弹性更优越，干燥更迅速，具有广阔的市场前景［3］。 1 聚酯型WPU涂料 聚酯型WPU涂料具有流动性好、对颜料润湿性强、涂膜光泽度及强度高、粘结性好等优点。国外的PU乳液胶粘剂及涂料都属聚酯类型，但此类分散体配制的涂膜最大缺陷是耐水解性差。这是因为聚酯多元醇的酯键容易水解，将会导致聚合物链断裂，进而影响涂膜性能。故采用一般原料制得的聚酯型WPU，其贮存稳定期较短［4］。 Du H，等［5］以MDI、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)和BDO为原料通过预聚体法制备了一系列WPU胶粘剂，研究结果表明，MDI型
磁性材料研究进展
磁性材料 引言 磁性材料作为重要的基础功能材料，已广泛用于信息、能源、交通运输、工业、农业及人们日常生活的各个领域，对社会进步和经济发展起着至关重要的推动作用。人们习惯按矫顽力的高低，对磁性材料进行分类：矫顽力大于1000A／m则称为硬磁材料，当硬磁材料受到外磁场磁化后，去掉外磁场仍能保留较高的剩磁，因此又称之为永磁材料或恒磁材料；矫顽力小于lOOA／m则称为软磁材料；矫顽力100A／m 《复合材料学》课程论文 题目：磁电复合材料的研究进展 学生姓名：李名敏 学号： 051002109 学院：化学工程学院 专业班级：材料化学101 电子邮箱： 904721996@https://www.360docs.net/doc/1b16102553.html, 2013年 6 月 磁电复合材料的研究进展 摘要：本文介绍磁电复合材料的研究现状和合成工艺，讨论了磁电复合材料性能的影响因素，最后提出了其目前存在的问题及对今后的展望。 关键词：磁电复合材料铁电相铁磁相纳米材料合成工艺性能 1 引言 材料在外加磁场作用下产生自发极化或者在外加电场作用下感生磁化强度的效应称为磁电效应，具有磁电效应的材料称为磁电材料[1]。而磁电复合材料，它由两种单相材料—铁电相与铁磁相经一定方法复合而成。磁电复合材料的磁电转换功能是通过铁电相与铁磁相的乘积效应实现的, 这种乘积效应即磁电效应。磁电复合材料不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生出新的磁电转换效应。这种材料能够直接将磁场转换成电场，也可以把电场直接转换为磁场。这种不同能量场之间的转换一步而成，不需要额外的设备，因此转换效率高、易操作。磁电复合材料不但具有较高的尼尔和居里温度，磁电转换系数大等诸多优点，而且还可被用于微波、高压输电、宽波段磁探测，磁场感应器等领域，尤其是在微波泄露、高压输电系统中的电流测量方面有着很突出的优势。此外，磁电复合材料在智能滤波器、磁电传感器、电磁传感器等领域也潜在着巨大的的应用前景[2]。目前, 磁电复合材料作为一种非常重要的功能材料，已成为当今铁电、铁磁功能材料领域的一个新的研究热点。 2 磁电复合材料的研究现状 2.1 磁电复合材料的历史 1894年法国物理学家居里首先提出并证明了一个不对称的分子体在外加磁场的影响下有可能直接被极化，磁电材料概念就此被提出。随后，一些科学家又指出了从对称性角度来考虑，在磁有序晶体中可能存在与磁场强度成正比的电极化以及与电场强度成正比的磁极化即线性磁电效应。直到20世纪80年代，已经发现50多种具有磁电效应的化合物，以及几十种具有此性能的固溶体。虽然发现了一系列具有磁电效应的单相材料，而这类材料虽然既具有铁电性(或反铁电性)，又具有铁磁性(或反铁磁性)，然而这些材料的居里温度大都远远低于室温，并且只有在居里温度以下这些材料才会表现出微弱的磁电效应。当环境温度上升到居里温度以上时，磁电系数就迅速下降为零，磁电效应也就随之消失。因此，难以利用单相磁电材料开发出具有实际应用价值的器件。这些局限性使得材料科学工作者们又将目光转移到复合材料上，Van Suchtelen首先提出通过复合材料的乘积效应来获得磁电效应，为制备高性能磁电材料开辟了一条新途径。1978 水性聚氨酯改性的研究进展 （马宁大连工业大学化工与材料学院116034） [摘要]: 详细叙述了水性聚氨酯的各种改性技术,如交联改性,聚丙烯酸酯,环氧树脂改性,有机硅改性,纳米技术改性,天然产物改性等,并对水性聚氨酯的发展前景进行了展望。[关键词]: 水性聚氨酯；改性技术;；展望；环氧树脂;；有机硅树脂 ResearchProgressinModificationTechonologyoftheWaterbornePolyurethane Abstract: The modifications techonology of waterborne polyurethane, such as the crosslinkin gpolyacrylates ,epoxyresin, organosilicon, hano-technology and natural product modifications arediscussed.The prospect of waterbome polyurethane for the future are put forward.; Key words: waterborne polyurethane ;modificationtechonologyprospect 为提高水性聚氨酯涂膜的耐水性和机械性能,可合成具有适度交联度的水性聚氨酯乳液。首先通过,如多元醇、多元胺扩链选用多官能度的合成原材料剂和多异氰酸酯交联剂等合成具有交联结构的水性聚氨酯分散体。然后添加内交联剂或外交联剂实现交,即内交联和外交联。 2.1内交联法 该法合成水性聚氨酯是在聚氨酯大分子中引入个或个以上官能团的单体,生成具有部分交含有联或者支化分子结构的聚氨酯胶束;另一种是在水性聚氨酯乳液中加入可以与乳液稳定共存的内交联剂而这些内交联剂只有在使用时由乳液体系的HLB值、温度、外部能量如紫外光辐射等因素的变化才与聚氨酯树脂中的官能团发生交联反应,生成具有网状个结构的热固性聚氨酯树脂。在大分子中引入含有3或3 个以上官能团的单体生成部分交联或支化结构,即将的聚氨酯树脂的合成一般是采用预聚体分散法交联单体如三聚体或三羟甲基丙烷等与低相对分子质量的聚氨酯预聚体充分混合,在水中分散后再加入扩链剂如乙二胺进行扩链反应。这种方法合成的具有部分交联结构的水性聚氨酯相比于丙酮法制备的水,具有不消耗溶剂(丙酮)且能同时获得高固性聚氨酯含量等优点。,还可采取丙酮法制备这类除预聚体分散法以外内交联型水性聚氨酯,即在预聚体分散前就用部分三官能度的单体如三羟甲基丙烷代替双官能团的单体,用少量丙酮为溶剂解决由于预聚体扩进行扩链反应链后相对分子质量增加而引起的黏度变大的问题,在分散形成乳液后再将丙酮等低沸点溶剂减压脱去,采用这种方法制备的水性聚氨酯具有相对分子质量分布窄、结构及粒径大小可变范围易控制、反应稳定性,但最大的缺点是制备的乳液的涂膜耐溶剂好等优点特别是耐丙酮性能差且工艺复杂,不利于工业化生产。 2.2外交联法 添加外交联剂的水性聚氨酯亦称为水性双组分聚氨酯,水性聚氨酯为一组分,交联剂为另一组分。在,将两组分混合均匀,成膜过程中发生化学反使用时应,形成交联结构。消除涂膜的亲水基团,可大幅度提高涂膜的耐水性,同时也适当提高了涂膜的力学性,聚氨能。水性聚氨酯的结构决定着外交联剂的组成酯分子中带羟基、氨基时,常用的外交联剂有水分散多异氰酸酯、氮杂环丙烷化合物、氨基树脂等;聚氨酯,常用的外交联剂有多元胺、环丙分子中带有羧基时烷的化合物及某些金属化合物,如Al(OH)3，Ca(OH)2等。为了更好地改善聚氨酯的性能,可同Mg(OOCH3)2时添加内交联剂和外交联剂,通过双重作用对聚氨酯进行交联改性。聚 复合材料的最新研究进展 季益萍1, 杨云辉2 1天津工业大学先进纺织复合材料天津市重点实验室 2天津工业大学计算机技术与自动化学院, （300160） thymeping@https://www.360docs.net/doc/1b16102553.html, 摘要：本文主要介绍了当前复合材料的最新发展情况，主要集中在复合材料的增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面。希望能抛砖引玉，激发研究人员更有价值的创意。 关键词：复合材料，最新进展 1. 引言 人类社会正面临着诸多的问题和需求，如矿物能源、资源的枯竭、环境问题、信息技术以及生活质量等，这推动了复合材料的发展，也促进了各种高新技术的发展。但目前人们已不仅仅局限于新材料的创造、发现和应用上，科学研究已进入一个各种材料综合使用的新阶段，即向着按预定的性能或功能设计新材料的方向发展。并且，在复合材料性能取得飞速发展的同时，其应用领域不断拓宽，性能持续优化，加工工艺不断改善，成本不断降低。 复合材料的独特之处在于其可提供单一材料难以拥有的性能，其最大的优势是赋予材料可剪切性，从而优化设计每个特定技术要求的产品，最大限度地保证产品的可靠性、减轻重量和降低成本。近年以来，复合材料在加工领域中取得了一系列重要的进展，由于计算机辅助设计工具的介入和先进加工技术的开发，使复合材料的市场竞争力有了很大的提高，应用领域不断扩大，除用于结构复合材料外，还大量的进入了功能材料市场。我们观察到，复合材料的发展趋势是[1]： （1）进一步提高结构型先进复合材料的性能； （2）深入了解和控制复合材料的界面问题； （3）建立健全复合材料的复合材料力学； （4）复合材料结构设计的智能化； （5）加强功能复合材料的研究。 近年来，复合材料在增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面研究较多，并且不断有新的市场应用，能够代表复合材料的最新发展方向。 2. 增强纤维环保化[2] 目前，增强纤维的发展趋势主要是强度、模量和断裂伸长的提高。但随着全球环保意识的风行，复合材料产品也逐渐受到环保方面要求的压力，尤其欧洲地区已有相关规定，热固性复材产品由于无法回收再利用而不易销往欧洲。在树脂之外，复材产品中的增强纤维迄今绝大部分都是无法回收再利用的，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶等，全都是如此。 最近有一种新型增强纤维－玄武岩纤维(Basalt Filament)，是由火山岩石所提炼而成的，堪称100% 天然且环保，预期在不久的未来，将会取代相当比例的各种纤维，而加入复合 - 1 - 水性聚氨酯涂料的研究进展 摘要：随着我国环保法规的日趋完善合人们环保意思的不断深化,环保型化工产品的开发级应用逐渐受到人们的重视。水性聚氨脂以水为基质，具有不污染环境，节能等优点，正逐渐作为溶剂型聚氨酯的代替品在很多场合被广泛应用。通过查阅国内有关文献，阐述了水性聚氨酯的性能并对它的主要研究进展及应用，最后对这一蓬勃发展的新型高分子擦皮料做了展望。 关键词：水性聚氨酯，涂料，应用，研究发展。 1 水性聚氨酯涂料的性能 聚氨酯涂料具优异的耐磨性.柔韧性.流动性.机械能级耐化学品性，同时还有光亮.附着力强等特点。水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料并以水为分散介质的一种涂料，具有不然.无毒.无环境污染.无火灾隐患的优点。因而越来越受到重视，成为今后发展的方向。 2 水性聚氨酯涂料的种类和特 水性聚氨酯树脂主要有三种，即单组份聚氨酯，双组份聚氨酯，合改性聚氨酯、水性单组份聚氨酯具有很高的断裂申率和适当的强度，并能常温干燥，但耐水性和耐溶性差，表面光泽度和鲜艳性都较低。 目前国内外很多厂家以开发了睡醒双组份聚氨酯涂料，其VOC显著降低，性能优于或等同于溶剂型双组份聚氨酯涂料。在水性双组分聚氨酯涂料中水石过量的，其反应以异氰脂与羚基的反应为主。原因在于异氰基与羚基，水等得反应速度小于水的蒸发速度。在双水分聚氨酯涂料成膜以后，水的蒸发很快。 水性改性聚氨酯此案料主要有水性聚氨酯改性丙稀脂，例如，在聚氨酯乳液只能够加入适量的丙稀脂乳液，可以使其许多性能得到显著提高。另外，聚氨酯按其原料还可以分位脂肪族和芳香族聚氨酯，芳香族聚氨酯遇日光紫外线黑泛黄分解，只能用做室内才涂料，而脂肪族聚氨酯涂料防紫外线，康水解室内外均可使用。但脂肪族聚氨酯原料价格较昂贵。 芳香族水性聚氨酯脂肪族水性聚氨酯耐候性差 光稳定性差易泛黄 价格较低 佳 佳不易泛黄 较高 本文由灬抱抱熊贡献 ｐｄｆ文档可能在ＷＡＰ端浏览体验不佳。建议您优先选择ＴＸＴ，或下载源文件到本机查看。 ■ ＰＵ 技术 医用聚氨酯材料研究进展 ◆ 鲍 俊 杰 ，刘 都 宝 ，黎兵，许戈文 安徽大学化学化工学院 ＰＵ 技 术 ＰＵ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 摘 要 ：概述了医用聚氨酯材料的发展背景、医用聚氨酯的性能以及分类。综述了医用 聚氨酯材料在人工心脏、人造血管、矫形绷带、计生用品、医用胶粘剂、医用敷料、人工 皮肤、 药物载体等领域的应用， 同时指出了医用聚氨酯目前存在的问题以及未来的发展前 景。 关 键 词 ：聚氨酯，医用，进展。 １ ． 医用聚氨酯发展背景 １．１ 聚氨酯树脂发展史 聚氨酯是在高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯基 团（－ ＮＨＣＯＯ －）的聚合物，国际上称为 ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ， 我国某些资料译为聚氨基甲酸酯、 聚脲烷等。 按行业习惯， 目前我国将此类聚合物通称为聚氨酯， 其系列产品统称为 聚氨酯树脂， 是合成材料中的重要品种， 它已跃居合成材 ［１］ 料第六位 。 聚氨酯树脂是一种新型的具有独特性能和多方面用途 的高聚物， 已有７０多年的发展历史。 它以二异氰酸酯和多 元醇为基本原料加聚而成， 选择不同数目的官能基团和不 同类型的官能基， 采用不同的合成工艺， 能制备出性能各 异、 表现形式各种各样的聚氨酯产品。 有从十分柔软到极 其坚硬的泡沫塑料， 有耐磨性能优异的弹性橡胶， 有高光 泽性的油漆、 涂料， 也有高回弹性的合成纤维、 抗挠曲性 能优良的合成皮革、 粘结性能优良的胶粘剂以及防水涂料 和灌浆材料等， 逐渐形成了一个品种多样、 性能优异的新 ［２］ 型合成材料系列 。 ７２ 环 球 聚 氨 酯 网 ｗｗｗ ．ｐｕｗｏｒｌｄ． ｃｏｍ 由于这种高聚物具有可发泡性、弹性、耐磨性、粘 接性、耐低温性、耐溶剂性、耐生物老化性等，因此，它 是发展较快的一种高分子合成材料， 被广泛用应于工业及 日常生活中， 并几乎渗透到国民经济各个部门。 其产量与 品种与年俱增， 国外有人说： “７０年代聚氨酯树脂工业的 地位相当于２０年代的钢铁工业、 ４０年代的聚烯烃。［２］我国 ” 从６０年代初在这个领域内开展科研工作， 并逐步建立了工 业生产装置。 到目前为止， 我国的聚氨酯工业从科研到生 产已基本形成体系， 初具规模。 １．２ 医用聚氨酯 大量动物实验和急慢性毒性实验证实，医用聚氨酯 无毒、 无致畸变作用， 对局部无刺激性反映和过敏反应， 聚 ［３］ 氨酯在医学领域上应用具有较好的生物相容性 。 医用聚 氨酯材料有与人体组织相容性和血液相容性好，良好的韧 性、耐溶剂性、耐水解性、耐微生物，无毒性，良好的耐 磨损、 粘结性、 抗曲挠性能，容易成型加工，性能可控等优 异的性能， 并能根据要求生产出透明的产品等等。 这些优 势保证了使用聚氨酯产品无论是生产体内或体外的医疗用 ＰＯ ＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥ ＰＵ 技术？医用聚氨酯材料研究进展 具都能使其发挥出良好的性能。 自２０世纪５０年代聚氨酯首次应用于生物医学，四十多 年来，聚氨酯在医学上的用途日益广泛， １９５８年聚氨酯首 次用于骨折修复材料，而后又成功地应用于血管外科手术缝 合用补充涂层， ７０年代开始，聚氨酯作为一种医用材料已 倍受重视。 到了８０年代，用聚氨酯弹性体制造人工心脏移 植手术获得成功，使聚氨酯材料在生物医学上的应用得到进 一步的发展［４］，近年来，随着科技的进步和研究水平的 提高， 新的医用聚氨酯材料不断涌现， 制品的性能也不断 完善。 １．２．１医用聚氨酯的性能 聚氨酯是由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有 许多 －ＮＨＣＯＯ－ 基团的极性高聚物，通过选择适当的软、硬 链段结构及其比例，就可合成出既具有良好的物理机械性 能，又具有血液相容性 水性聚氨酯涂料的改性及其应用进展 应化0803 李杨080105082 Abstract: The development history of waterborne polyurethane was summarized in this paper. The modified methods including epoxy resin modification, silicone modification, fluorine modification, acrylate modification, nano material modification and research progress were mainly introduced. The application fields of waterborne polyurethane such as wood coatings, paper coatings, leather finishing agents, automotive coatings and so on were described. The domestic development direction of water-borne polyurethane was also pointed out. 水性聚氨酯(WPU)是一类可在水中分散溶胀的聚合物,因其中的挥发性有机物含量低,在工业水性漆、建筑涂料、水性胶黏剂等领域有很大的发展和应用空间[1-3]。WPU不但保留了传统的溶剂型聚氨酯优良性能,如良好的柔韧性、耐低温性和耐疲劳性等,而且还具有环保、节能、安全可靠、使用方便等优点。近5年来,世界水性聚氨酯分散体(PUD)消费保持6. 3%以上的年均增速,约为全球GDP 增速的2倍,而2005年我国的PUD消费量达到4. 1万吨, 2006年达到5. 5万吨, 2007年突破7. 0万吨,近3年我国PUD消费量年均增长率超过15%。随着各国对挥发性有机物及有毒物质使用限制越来越严格,水性聚氨酯因具有环境友好的特点,将具有巨大的市场空间。 聚氨酯树脂的研究进展 摘要：本文综述了聚氨酯目前研究热点，其中包括氟硅改性、水性化、非异氰酸酯聚氨酯和聚氨酯纳米复合材料的研究，指出了聚氨酯未来研究方向。 关键词：聚氨酯；氟硅改性；水性；非异氰酸酯；纳米复合材料 Research progress of polyurethane Abstract：This article reviews the current research focus of polyurethane, including fluorine-modified, water-based, non-isocyanate polyurethane and polyurethane nano-composites,demonstrating future research directions of polyurethane. Keyword: polyurethane; fluorine-modified; non-isocyanate; nano-composites 引言 聚氨酯树脂(PU)是一种重要的合成树脂，它具有优良的性能，如硬度范围宽、强度高、耐磨、耐油、耐臭氧性能优良，且具有良好的吸振，抗辐射和耐透气性能，具有高拉伸强度和断裂伸长率，良好的耐磨损性、抗挠曲性、耐溶剂性，而且容易成型加工，并具有性能可控的优点；它的产品形态多样，如泡沫塑料、弹性体、涂料、胶黏剂、纤维素、合成革等；因此广泛应用于交通运输、建筑、机械、家具等诸多领域。 1.氟硅改性 氟硅改性聚氨酯是目前研究的热点之一，氟硅具有独特的化学结构，其表面能较低，因此在成膜过程中向表面富集，可赋予改性聚合物涂膜优良的耐水、耐油污、耐候、耐高低温使用性能以及良好的机械性能。常有两种: 一种方法是将含有羟基或胺基的硅氧烷树脂或单体与二异氰酸酯反应，将有机硅氧烷引到水性聚氨酯中，利用硅氧烷的水解缩合交联来改善聚氨酯的性能；另一种方法是在环氧硅氧烷作为后交联剂引入到体系中，形成环氧交联改性聚氨酯体系。Cheng(Cheng, Zhang et al. 2005)等人基于聚丙二醇（PPG），聚醚接枝聚硅氧烷（PE- PSI），2,4 - 甲苯二异氰酸酯（TDI），二羟甲基丙酸（DMPA）和1,4 -丁二醇（BDO）合成一个新颖的硅氧烷改性聚氨酯（PE- PSI）。Luo(Luo, Huang et al. 2010)等人基于异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），以二端羟烷基聚[甲基-（3,3,3- 三氟丙基）]硅氧烷（PMTFPS）为软段，聚己内酯（PCL）的混合软段的基础上，合成氟-硅氧烷改性聚氨酯系列。Linlin(Linlin, Xingyuan et al. 2007)等以2,4-甲苯二异氰酸酯、二端羟丁基聚二甲基硅氧烷（DHPDMS）、聚四氢呋喃醚二醇、1,4-丁二醇为主要原料合成了系列的有机硅改性聚氨酯（Si-PU）。硅烷改性聚氨酯的研究十分活跃，以聚氨酯为主链通过硅烷封端改性，是一个重要的发展方向。Mahdi(Mahdi, Syed Z. Rochester Hills et al. 2001)通过硅烷偶联剂改性聚氨酯，提高了聚氨酯密封胶对玻璃的粘接性，而且不用底涂剂，甚至可胶接油漆面和有机物污染的表面。Sun, DX(Sun, Miao et al. 2011)等用硅烷偶联剂（SiCA）改性功能化的纳米二氧化硅聚氨酯，提高其热稳定性、 工 程 塑 料 应 用 ENGINEERING PLASTICS APPLICATION 第43卷，第9期2015年9月 V ol.43，No.9Sept. 2015 143 doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2015.09.029 石墨烯复合材料在电磁领域的应用研究进展 王雯1，黄成亮1，郭宇1，宋宇华1，张颖异1，刘玉凤1，杜汶泽2 (1.中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031； 2.总装备部装甲兵驻济南地区军代室，济南 250031) 摘要：石墨烯以其独特的二维结构和优异的力学、电学、光学、热学性能成为材料领域的研究热点，石墨烯复合材料是石墨烯应用领域中重要的研究方向。概括了国内外石墨烯复合材料在电磁波吸收及电磁屏蔽领域的应用研究进展，并展望了未来石墨烯复合材料在此领域的发展趋势。 关键词：石墨烯；石墨烯复合材料；微波吸收；电磁屏蔽；应用 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2015)09-0143-04 Application Research Progress of Graphene Composites in Electromagnetic Fields Wang Wen 1， Huang Chengliang 1， Guo Yu 1， Song Yuhua 1， Zhang Yingyi 1， Liu Yufeng 1， Du Wenze 2 (1. CNGC Institute ， Jinan 250031， China ； 2. Jinan Regional Office of Armoured Force Military Representative Bureau ， Jinan 250031， China) Abstract ：Graphene has become a hot research spot at home and abroad in recent years due to its unique two-dimensional structure and excellent mechanical, electrical, optical and thermal properties. Graphene composites is an important research direction in the area of graphene application. The application research progress in the microwave absorption and electromagnetic interference shielding fields of graphene composites were summarized. The developmental trend of graphene composites in the fields was expected. Keywords ：graphene ；graphene composite ；microwave absorption ；electromagnetic interference shielding ；application 石墨烯是单层碳原子紧密堆积而形成的一种超薄碳质新材料，厚度只有0.34 nm ，是目前世界上最薄的二维材料 [1–2] 。自2004年英国曼彻斯特大学的物理学教授A. Geim 和 K. Novoselov 等用机械剥离方法观测到单层石墨烯，其独特的物理性能和在电子领域的潜在应用成为国际研究的热点，并引起科学界新一轮“碳”热潮[3–6]。 碳材料是电磁屏蔽和吸波材料研究的重要内容，对于石墨、碳纤维、碳纳米管等材料的电磁屏蔽和吸收性能的研究已经相当广泛。然而，作为一种新型碳材料的石墨烯具有纵横比、电导率和热导率高、比表面积大、密度低等特点，其本征强度高达130 GPa ，常温下的电子迁移率可达到15 000 cm 2／(V ·s)，是目前电阻率最小的材料。并且石墨烯具有室温量子霍尔效应和良好的铁磁性[7–10]，与石墨、碳纤维、碳纳米管等材料相比，拥有独特性能的石墨烯可以突破碳材料原有的局限，成为一种新型有效的电磁屏蔽和微波吸收材料[11–14]。因此，以石墨烯为研究方向，结合金属纳米材料或聚合物材料，通过结构设计研制性能优异的石墨烯复合材料，有望广泛应用于电磁波吸收及电磁屏蔽等民用及军事领域。笔者根据国内外学者的研究情况，重点介绍石墨烯复合材料在电磁波吸收以及电磁屏蔽领域中的研究进展，并对未来石墨烯复合材料的发展进行了展望。 1 石墨烯复合材料在电磁波吸收领域中的应用 随着无线电探测技术和探测手段的发展以及其它非可见光探测技术和各种反伪装技术的逐渐完善和应用，传统武器装备的生存受到严峻的挑战。因此，研制高效吸收雷达波的轻型材料是提高武器装备系统生存能力的有效途径之一，是现代战争中最具有价值、最有效的战术突防手段。可见，高性能轻型微波吸收材料研制及在武器装备中的应用至关重要。 二维片状的石墨烯具有高的比表面积(2 630 m 2／g)[9] 以及特异的热、电传导功能，对微波能产生较强的电损耗。与传统吸收剂相比，石墨烯材料以其优异的电磁性能成为一种有效的新型微波吸收材料。传统的铁磁类吸收剂，如Fe ，Ni ，Co ，Fe 3O 4，Co 3O 4等铁磁性纳米物质对电磁波具有较强的磁损耗。通过结构设计，将石墨烯与此类纳米粒子复合后，得到石墨烯片层中镶嵌强吸收电磁波纳米磁性粒子结构的复合材料，并且可实现对微波较强的介电损耗和磁损耗。此类复合材料将石墨烯与磁性纳米粒子的优异性能结合在一起，有效提高了石墨烯材料的磁损耗，并可显著提高我国吸 联系人：王雯，工程师，博士，主要从事新型碳材料的制备及应用方面的研究 收稿日期：2015-06-22 改性水性聚氨酯研究进展 改性水性聚氨酯研究进展 摘要：介绍了几种水性聚氨酯化学改性研究进展，包括环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅烷等二元共聚改性及两种以上树脂的三元共聚改性的研究状况。展望了水性聚氨酯化学改性的发展趋势。 关键词：水性聚氨酯；改性；共聚 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 0 前言 聚氨酯(polyurethane)是聚氨基甲酸酯的简称，是在聚合物内含有相当数量氨酯键的高分子化合物。水性聚氨酯(WPU)是以水代替有机溶剂作为分散介质的二元胶态体系，它不含或含有少量有机溶剂，具有不燃、无毒无污染、节省能源、操作加工方便等优点，同时保留了传统溶剂型聚氨酯的一些优良胜能，如良好的耐磨性、柔韧性、耐低温性和耐疲劳性等。单一的聚氨酯乳液尚存在自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、光泽性较低、涂膜的综合性能较差等缺点。但是，PU预聚体中的-NCO基团具较强的活性，能与羟基、氨基、乙烯基等基团反应，这就为研究者通过改性来提高WPU涂料的综合性能提供了可能，促使广大的科研工作者对水性聚氨酯涂料进行各种改性研究，以扩大其应用范围。 水性聚氨酯改性的方法有物理共混和化学共聚两种形式：共混是将具有互补特性的两种或多种树脂混合在一起，存在的最大问题是混容稳定性差；共聚是通过在体系中引入各种功能性的成分，合成具有特殊性能的复合乳液，因乳液的稳定性好而具实用性。目前，PU与羧甲基纤维素、聚乙烯醇、醋酸乙烯、丁苯橡胶、环氧树脂、聚硅氧烷和丙烯酸酯的复合乳液均有研究，其中后三类复合乳液因在功能上与水性聚氨酯具有互补性，尤其对聚氨酯涂层的耐水性及硬度、强度等力学性能的改善较为显著，因此，研究最为活跃。 河北联大 Hebei United University 2008级 《胶粘剂与涂料》课程论文聚氨酯胶粘剂的研究进展 姓名东日 班级08应化2 学号02 分数 聚氨酯胶粘剂的研究进展 陈 (河北联合大学化学工程学院，唐山，063009) 摘要：综述了聚氨酯胶粘剂的特性和种类，以及国内聚氨酯胶粘剂研究现状；概述了近年来国内外聚氨酯胶粘剂研究开发和应用进展，并介绍了重点介绍了聚氨酯胶粘剂的发展动态和几类主要的聚氨酯胶粘剂的研究进展，并对其进行了分析，结合我国实际情况对今后聚氨酯胶粘剂的发展方向做出了展望。 关键词：聚氨酯；胶粘剂；研究进展 聚氨酯（PU）胶粘剂(Polyurethane Adhesive)是指分子链中含有氨酯基团（-NHCOO-）和/或异氰酸酯基（-NCO）类的胶粘剂。聚氨酯胶粘剂分为多异氰酸酯和聚氨酯两大类，因含有极性很强、化学活泼性很高的异氰酸酯和氨酯基，提高了对各种材料的粘结性,并具有很高的反应性，能常温固化。胶膜坚韧，耐冲击，挠曲性好，剥离强度高，有很好的耐超低温性，耐油和耐磨性等，故它不仅可以胶接聚氨酯海绵和聚氨酯橡胶，而且能胶接橡胶与织物、橡胶与金属、金属与金属、金属与陶瓷、木材与木材和橡胶与塑料等[1]。聚氨酯胶粘剂由于性能优越,在国民经济中得到广泛应用，是八大合成胶粘剂的重要品种之一。近年来,在国内外成为发展最快的胶粘剂[2]。 1. 聚氨酯胶粘剂的特性及分类 1.1 聚氨酯胶粘剂的特性 1.1.1 适用范围广，粘接强度高 由于聚氨酯胶粘剂的分子链中-NCO可以和多种含活泼氢的官能团反应，形成界面化学键结合，因此对多种材料具有极强的粘附性能。不仅可以粘结多孔性的材料，如泡沫塑料、陶瓷、木材、织物等，而且可以胶接多种金属、无机材料、塑料、橡胶和皮革等。德国Bayer公司的聚氨酯胶粘剂专家Gunter Festel指出：聚氨酯胶粘剂的多样性几乎为每一种粘接难题都准备了解决的方法[3] 1.1.2 可配制不同硬度的胶粘剂，使用方便 使用不同原料配制的聚氨酯胶粘剂，由于其配比不同，可以得到从柔软到坚硬的一系列不同硬度的胶粘剂，可以胶接不同的被粘物。使用方便简单。 软磁复合材料研究进展 刘颖，Andrew Peter Baker，翁履谦 哈尔滨工业大学深圳研究生院材料科学与工程学科部，深圳(518055) E-mail：liuying05@https://www.360docs.net/doc/1b16102553.html, 摘要：本文根据绝缘包覆材料的不同，综述了近年来开发的各种软磁复合材料及其生产工艺；介绍了软磁复合材料的主要性能特点及影响因素；最后简要介绍了软磁复合材料在电气设备中的应用情况，对将来研究方向提出看法。 关键词：软磁复合材料，高温绝缘包覆层，压坯 中图分类号：TB333 文献标识码：A 1.引言 随着电气设备小型化趋势，对各式微型粉芯[1]的需求日益显著。为了研制出能效更高，体积更小，重量更轻的粉芯，开发新型软磁复合材料（Soft Magnetic Composite, SMC）已成为当前一个热点。SMC材料不仅能有效降低高频涡流损耗，而且还结合了粉末冶金技术的生产优势，在未来几年它将在航空、汽车、家用电器以及其他领域得到广泛的应用。 本文从SMC材料生产工艺、研究进展、性能及影响因素、应用及前景等方面，综述了近几年来SMC材料的发展。 2.软磁复合材料 在生产铁粉基软磁材料时，为降低涡流损耗有两种常用方法[2]。 一种是利用合金添加剂来提高材料电阻率，降低涡流损耗，如铁-硅合金（通常含Si3%），铁-磷合金（一般含P0.45%-0.75%），铁-镍合金（含铁50%，含镍50%）等。但这样降低了饱和磁感应强度，而且合金含量在商业使用上还有一定限度。这种方法适合应用于直流或较低频率交流装置。 另一种方法则是对磁性颗粒进行绝缘包覆处理，这类就是SMC材料，其结构如图1[3]所示。SMC材料，有时也称“绝缘包覆铁粉”，是近来逐渐发展起来的一种新型铁基粉末软磁材料。它通常选用高纯铁粉为基材，经有机材料和无机材料绝缘包覆处理，利用粉末冶金技术使混合粉末成为各向同性的体材料[4,5]。 利用SMC材料生产各类铁芯具有许多突出的优点[6-8]： 1．各向同性：这大大增加了设计自由度，单位重量可获得更大转矩以及更大铜的填充率，实现重量更轻、体积更小的目的。 2．利用粉末冶金技术能压制成型为最终形状的产品，材料利用率提高，成本损耗降低，产品控制更精准，复杂形状加工能力更强。 此外，SMC电机还能采用模块式结构，装卸方便，这使材料回收和再利用容易，十分有利于环保。 叠层硅钢片和软磁铁氧体是两类传统的铁芯材料。硅钢片在直流和交流较低频率时，具有高磁通密度和磁导率；但随着频率增加，涡流损耗急剧增加。铁氧体铁芯虽然高频磁性能优良，电阻率大，铁损低；但存在磁通密度低的缺点。它们均在交流设备小型化过程中均遇到了困难。目前，利用粉末冶金技术生产SMC材料已成为当前研究和开发的热点。研究表磁电复合材料研究进展.
水性聚氨酯树脂的改性研究进展
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聚氨酯涂料文献综述
聚氨酯研究进展
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