聚氨酯复合功能材料研究进展.pdf

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M材
2015年第16期(46)卷
文章编号:1001-9731(2015)16-16044-08
石墨烯/聚氨酯复合功能材籵研究进展
罗晓民,葛炳辉,李维虎,冯见艳',张鹏',曹敏
(1.陕西科技大学资源与环境学院,西安710021;2.科天研究院,兰州730087)
摘要:石墨媂具有独特的二维结构和优良导热、导(KH-550)改性的氧化石墨烯(GO)与水性聚氨酯
电特性,可与聚氨酯复合成一种新型功能高分子材料,(WPU)复合。当GO添加量为2.0%(质量分数)时,
具有广泛的应用前景。综述了石墨烯与聚酯复合材复合材料的抗张强度和弹性模量分别提高了71%和
料的制备方法以及在自修复、UV固化、形状记忆、导86%。 Nariman Yousefi等使用溶液共混的方法将
电、电磁屏蔽、防紫外线和生物相容性等领域的应用。GO与PU复合,并加入少量肼加热处理。利用还原
关键词:聚氨酯;石盟烯;功能材料;综述
氧化石盤烯(rGO)上的含氧官能团与PU链端的酰胺
中图分类号:TB332
文献标识码:A基闭形成氢键,使得rGO在体系中可以达到分子级的
DOI:10.3969/.issn.1001-9731.2015.16.007
分散。复合材料的弹性模量提升了21倍,拉仲强度提
1引言
升了9倍。丁建宁等使用聚乙烯吡咯烷酮改善高
浓度石墨烯水溶液的分散性和稳定性,利用渀液共混
石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化方式连接而成方法制备了石墨烯/水性聚氨酯导电复合材料。赵健
的蜂窝状二维平面材料,具有巨大的比表面积等采用溶液共混浇锛成膜法,制备了热塑性聚氨
(2600m2/g)和优良的电、热学性能(室温下高速的电酯/石烯复合材料,数据表明,高温还原得到的石界
子迁移率15000cm2/(V?s)和导热系数5300W/烯可大幅度提高热塑性聚氨酯复合材料的储能模量。
(m?K)。这些优异的性能和独特的二维结构,使其复合材料的电性能在质量分数为1%~3%的填料量
在材料本身和基于石墨烯的复合材料方面成为了备受范围内出现了突变,体积电阻率降低了6个数量级
瞩目的国际前沿和研究热点い?。聚氨酯(PU)是分子 Mingkai Liu等6先将碳纳米管与石墨烯杂化处理形
结构中含软段与硬段的嵌段共聚物,因其制备原料的成立体三维结构,碳纳米管对层状的石烯起到支撑
可选范围广,故分子结构灵活多变,产品性能也因此而作用避免了层与层之间的重叠及团聚,将其与热塑性
千变万化?。石墨烯/聚氨酯复合材料的开发是石墨聚氨酯复合,显著提高了材料的导电性。
烯迈向实际应用的一个重要研究方向,石墨烯/聚氨酯2.2接枝共聚法
复合体系在材料结构、性能,尤其是特殊功能方面体现
接枝共聚法是在聚氨酯分子聚合形成后与表面处
出的优异特性,使此类材料体系在短时间内成为了功理过的石墨烯形成稳定的化学键。
能性复合材料研究热点之一山。本文将对石墨烯/
Santosh Kumar Yadav等?利用重氮化反应对氧
聚氨酯复合材料从制备方法、功能用途等方面进行筒化石墨烯进行功能化处理,再与异氰酸酯封端的聚氨
要综述
酯预聚体进行接枝共聚制备了功能化石墨烯/聚氨酯
(fGNP/PU)纳米复合材料(如图1所示)。结果表
2石盟烯/聚氨酯复合材料的制备
明,石墨烯的添加显著提升了复合材料的机械、热学、
石墨烯性能优异、制备成本低廉、改性后石墨烯可形状记忆性能;随着f-GNP加人量的增加,复合材料
采用溶液加工方法进行处理,非常适用于开发功能性的断裂伸长率和形状记忆性能提高;当f-GNP的添加
聚合物复合材料。目前,石墨烯/聚氨酯复合材料的制量为2%(质量分数)时,材料弹性模量提升10倍,热
备方法主要有共混、接枝共聚和原位聚合法等
稳定性提升30℃C。
2.1共混法
2.3原位聚合法
共混法是制备石墨烯/聚氨酯复合材料最简单、最
原位聚合法是在聚氨酯分子聚合过程中,加入表
常用的方法,有溶液共混、熔融共混、溶胶共混等。共面已处理过的石墨烯,使其与聚氨醋预聚体形成稳定
混前需对石墨烯进行表面处理,以提高它在复合体系的化学健
中的分散性。
Yuqi Li等使用异氰酸酯(MDl)对氧化石墨烯
Xin Wang等使用溶胶-凝胶法将硅烷偶联剂(GO)改性后以原位聚合的方式合成聚氨,并与环氧
基金项目;国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2015AA03903)
收到初稿日期:2015-02-02
收到修改稿日期:2015-06-03
通讯作者:葛炳辉,E-mail:gbho2014@163.com
作者简介:罗晓民(1966-),女,西安人,教授,从事超细纤维合成革以及水性聚氨酯的研究与应用