水性聚氨酯石墨烯复合材料的制备与性能研究(附件)
水性聚氨酯（WPU）以水为分散介质，具有以下优点环保低毒，不危害环境，生产能耗低，不易发生危险，对于存储的要求也不高。因此WPU被应用在国民经济的各个领域。同时相较于其它水性树脂，WPU具有优异的耐冷、热性，良好的附着力及成膜性能。因此，被用于纺织品、涂料、皮革涂饰剂、PVC和橡胶等领域。 但是，WPU也有其缺点，相较于溶剂型聚氨酯，WPU的耐水性、耐溶剂性和热力学性能都较弱。为了改善WPU的性能，使其在更多的领域发挥出更优异的性能，对其进行改性已成为近年来的热点研究课题。常用的方法有环氧树脂改性、有机硅改性、丙烯酸酯改性和纳米材料改性。 本文采用机械共混法分别用石墨烯（Gr）、氧化石墨烯 (GO)和氮化硼 (BN) 对WPU进行改性，主要研究不同种类的无机粒子在WPU中的分散性，及对WPU耐水性、耐盐性和热力学性能的影响, 且进一步研究了不同含量的BN对WPU性能的影响。实验结果表明: BN在WPU中分散性良好；Gr、GO和BN都不同程度地增强了WPU的耐水性能和力学性能；BN的最佳添加量为5 wt%。关键词 水性聚氨酯，石墨烯，氧化石墨烯，氮化硼，复合材料
目 录
1 引言 1
1.1 水性聚氨酯的简述 1
1.1.1 水性聚氨酯的应用 1
1.1.2 水性聚氨酯的改性 2
1.2 石墨烯类纳米材料介绍 4
1.2.1 石墨烯的简介 4
1.2.2 氧化石墨烯的简介 4
1.2.3 氮化硼的简介 4
1.2.4 石墨烯类纳米材料的应用 5
1.3 水性聚氨酯纳米复合材料 5
1.3.1 纳米复合材料的应用前景 5
1.3.2 水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法 6
1.4 本课题研究的意义和内容 7
2. 实验部分 7
2.1实验药品及仪器 7
2.1.1实验原料 7
2.1.2 实验仪器及设备 7
2.2 实验过程 8
2.2.1 无机粉体/丙酮分散液的制备 8
2.2.2 水性聚氨酯纳米复合材料的制备 8
2.2.3经济效益及废水处理 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
9
2.3 分析与测试 9
3 结果与讨论 10
3.1 水性聚氨酯原料的选择 10
3.2 石墨烯（Gr）、氧化石墨烯 (GO) 及氮化硼 (BN) 的性能 11
3.3 水性聚氨酯纳米复合材料的性能表征 13
3.4 填加不同含量BN的水性聚氨酯性能表征 16
结 论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 引言
聚氨酯作为一种性能优异的高分子合成材料，同时可以通过改变自身结构比例来适应各种不同产品的特殊需求，因而被广泛英语在涂料、建筑、机械、粘合剂、合成革等行业。一方面，由于聚氨酯组合物的软链段和硬链段的化学结构不同，它们的热力学不相容性会引起微相分离[1]，严重影响其性能，并且制约了聚氨酯的工业化发展。另一方面，随着国家对环保的要求，水性聚氨酯（WPU）作为一种新型环保材料，愈来逾受到广泛关注。WPU将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂等优点与水性乳液的低VOC性能相结合，被广泛应用在涂料、胶黏剂、合成革等行业[2]。然而由于WPU中大多为线性分子结构，在成膜后缺少强的化学交联和较高分子量的WPU，同时由于亲水集团的引入，涂膜耐水性差、耐溶剂性及热力学性能较差，为了解决这些问题，需要对其进行改性。
1.1 水性聚氨酯的简述
水性聚氨酯的应用
水性聚氨酯是一类高分子合成材料拥有着优异的性能表现，在国民经济发展中起着不可或缺的作用，与各行各业都有着密不可分的联系。水性聚氨酯包含的种类十分繁多，主要包括泡沫、涂料、粘合剂、合成纤维和合成皮革等[3]。溶剂型聚氨酯涂料在20世纪产量很高，用途也十分的广泛，但由于其主要以甲苯为溶剂，因此大多数都是有毒的。进入21世纪后，环保型涂料成为社会追求的主流产品，主要具有低毒或无毒无害的特点，如水性涂料、粉末涂料和光固化涂料。水性聚氨酯涂料是近年来迅速发展起来的一种水性涂料。由于其具有无毒、不易燃、无污染、环保、安全等优点，同时还具有聚氨酯涂层的高强度和耐磨性，良好的柔韧性和耐磨性，已成为现代涂料领域的热门研发对象。因此，水性聚氨酯在诸多领域都有着广泛的应用，如汽车、船舶、家具、皮革、织物等行业。
聚氨酯泡沫是聚氨酯材料的主要类型之一，其主要特征是孔隙率，相对密度小，比强度高。并且可以按照实际需求，可制成软质，半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料。主要应用在以下行业：
家具行业
当软质聚氨酯泡沫工业化产生后，由于其成本低、重量轻、性能好等优点，并且其功能作用与发泡乳胶相当，已被广泛应用于家具行业。
交通运输业
在交通运输行业中，聚氨酯泡沫的用途也是非常的丰富，普通如：座垫，内饰材料，重要如：缓震材料等。因而无论是飞机、火车、汽车还是船舶，软质、硬质和半硬质聚氨酯泡沫[4]等都在它们之中发挥着重要的作用。
(3)建筑业
房屋建筑是聚氨酯硬泡的最重要应用领域之一，可应用于建筑构件及建筑保温材料的聚氨酯材料主要是聚氨酯硬泡，并以硬泡夹芯板、喷涂泡沫、浇注构件以及单组份嵌缝泡沫等为主要形式应用于建筑领域[5]。
(4)供热管道
在资源愈发紧张的今天，合理的利用资源成为值得思考的重要问题。现今的城市供热通常使用管道进行热量的集中供给，而此时加热管的保温效果就直接影响热能的合理利用。聚氨酯泡沫由于其拥有优异的隔热性、低吸湿性和耐湿性以及便于成型性，因而成为供热管道的不二选择。
此外，聚氨酯泡沫塑料在其他诸多领域也有着令人惊叹的表现，如包装材料、军事及航天声学材料、医疗等领域。
1.1.2 水性聚氨酯的改性
水性聚氨酯产品并不是十分完美的，其耐水性、耐溶剂性及热力学性能比起溶剂型聚氨酯要差一些，因而对WPU的改性是十分有必要的，从而有效地提高水性聚氨酯的性能，改性方法包括下列几类。
（1） 交联改性
目 录
1 引言 1
1.1 水性聚氨酯的简述 1
1.1.1 水性聚氨酯的应用 1
1.1.2 水性聚氨酯的改性 2
1.2 石墨烯类纳米材料介绍 4
1.2.1 石墨烯的简介 4
1.2.2 氧化石墨烯的简介 4
1.2.3 氮化硼的简介 4
1.2.4 石墨烯类纳米材料的应用 5
1.3 水性聚氨酯纳米复合材料 5
1.3.1 纳米复合材料的应用前景 5
1.3.2 水性聚氨酯纳米复合材料的制备方法 6
1.4 本课题研究的意义和内容 7
2. 实验部分 7
2.1实验药品及仪器 7
2.1.1实验原料 7
2.1.2 实验仪器及设备 7
2.2 实验过程 8
2.2.1 无机粉体/丙酮分散液的制备 8
2.2.2 水性聚氨酯纳米复合材料的制备 8
2.2.3经济效益及废水处理 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
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2.3 分析与测试 9
3 结果与讨论 10
3.1 水性聚氨酯原料的选择 10
3.2 石墨烯（Gr）、氧化石墨烯 (GO) 及氮化硼 (BN) 的性能 11
3.3 水性聚氨酯纳米复合材料的性能表征 13
3.4 填加不同含量BN的水性聚氨酯性能表征 16
结 论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 引言
聚氨酯作为一种性能优异的高分子合成材料，同时可以通过改变自身结构比例来适应各种不同产品的特殊需求，因而被广泛英语在涂料、建筑、机械、粘合剂、合成革等行业。一方面，由于聚氨酯组合物的软链段和硬链段的化学结构不同，它们的热力学不相容性会引起微相分离[1]，严重影响其性能，并且制约了聚氨酯的工业化发展。另一方面，随着国家对环保的要求，水性聚氨酯（WPU）作为一种新型环保材料，愈来逾受到广泛关注。WPU将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂等优点与水性乳液的低VOC性能相结合，被广泛应用在涂料、胶黏剂、合成革等行业[2]。然而由于WPU中大多为线性分子结构，在成膜后缺少强的化学交联和较高分子量的WPU，同时由于亲水集团的引入，涂膜耐水性差、耐溶剂性及热力学性能较差，为了解决这些问题，需要对其进行改性。
1.1 水性聚氨酯的简述
水性聚氨酯的应用
水性聚氨酯是一类高分子合成材料拥有着优异的性能表现，在国民经济发展中起着不可或缺的作用，与各行各业都有着密不可分的联系。水性聚氨酯包含的种类十分繁多，主要包括泡沫、涂料、粘合剂、合成纤维和合成皮革等[3]。溶剂型聚氨酯涂料在20世纪产量很高，用途也十分的广泛，但由于其主要以甲苯为溶剂，因此大多数都是有毒的。进入21世纪后，环保型涂料成为社会追求的主流产品，主要具有低毒或无毒无害的特点，如水性涂料、粉末涂料和光固化涂料。水性聚氨酯涂料是近年来迅速发展起来的一种水性涂料。由于其具有无毒、不易燃、无污染、环保、安全等优点，同时还具有聚氨酯涂层的高强度和耐磨性，良好的柔韧性和耐磨性，已成为现代涂料领域的热门研发对象。因此，水性聚氨酯在诸多领域都有着广泛的应用，如汽车、船舶、家具、皮革、织物等行业。
聚氨酯泡沫是聚氨酯材料的主要类型之一，其主要特征是孔隙率，相对密度小，比强度高。并且可以按照实际需求，可制成软质，半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料。主要应用在以下行业：
家具行业
当软质聚氨酯泡沫工业化产生后，由于其成本低、重量轻、性能好等优点，并且其功能作用与发泡乳胶相当，已被广泛应用于家具行业。
交通运输业
在交通运输行业中，聚氨酯泡沫的用途也是非常的丰富，普通如：座垫，内饰材料，重要如：缓震材料等。因而无论是飞机、火车、汽车还是船舶，软质、硬质和半硬质聚氨酯泡沫[4]等都在它们之中发挥着重要的作用。
(3)建筑业
房屋建筑是聚氨酯硬泡的最重要应用领域之一，可应用于建筑构件及建筑保温材料的聚氨酯材料主要是聚氨酯硬泡，并以硬泡夹芯板、喷涂泡沫、浇注构件以及单组份嵌缝泡沫等为主要形式应用于建筑领域[5]。
(4)供热管道
在资源愈发紧张的今天，合理的利用资源成为值得思考的重要问题。现今的城市供热通常使用管道进行热量的集中供给，而此时加热管的保温效果就直接影响热能的合理利用。聚氨酯泡沫由于其拥有优异的隔热性、低吸湿性和耐湿性以及便于成型性，因而成为供热管道的不二选择。
此外，聚氨酯泡沫塑料在其他诸多领域也有着令人惊叹的表现，如包装材料、军事及航天声学材料、医疗等领域。
1.1.2 水性聚氨酯的改性
水性聚氨酯产品并不是十分完美的，其耐水性、耐溶剂性及热力学性能比起溶剂型聚氨酯要差一些，因而对WPU的改性是十分有必要的，从而有效地提高水性聚氨酯的性能，改性方法包括下列几类。
（1） 交联改性
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