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第 4 期             张   奇，等: Fe 3 O 4 @SiO 2 @IPDI-HEA 改性水性有机硅聚氨酯光固化膜的性能                   ·617·


            和材料性能而引起的气味、毒性等环境和健康问题，                            （DPGDA），化学纯，长兴化学材料（珠海）有限
            已成为 UV 固化材料发展的主要方向之一                   [1-3] 。UV   公司；六水合氯化铁（FeCl 3 ·6H 2 O），分析纯，西
            固化聚氨酯低聚物是综合性能好、制备容易和结构                             陇化工股份有限公司；琥珀酸、尿素、1,2-丙二醇和
            易于调控的一类树脂，被广泛应用于光固化的各个                             四乙氧基硅烷（TEOS），分析纯，天津富辰化学试
            领域，因此，水性光固化聚氨酯低聚物也获得了研                             剂厂；二月桂酸二丁基锡（DBTDL），分析纯，萨
            究者和市场的青睐。但大多数纯水性线性结构聚氨                             恩化学技术(上海)有限公司。
            酯存在机械性能和热稳定性差等缺点，限制了其应                                 Nicolet 50 XC 型傅里叶变换红外光谱仪，美国
            用 [4-5] 。                                          Nicolet 公司；Avance 400M 型核磁共振波谱仪，德
                 将无机纳米粒子引入有机聚合物中是一种有效                          国 Brucker 公司；Waters  1515 凝胶渗透色谱仪
            的改善聚合物机械性能和热稳定性的方法，已经有                             （GPC）、TGA  550 型热失重分析仪、Q200 差热扫
                                   [9]
            许多文献报道       [6-8] 。Zhang 等将 SiO 2 纳米粒子加入          描量热仪（DSC），美国 Waters 公司；Tecnai  20 型
            到水性 UV 固化聚碳酸酯聚氨酯体系中，提高了光                           透射电子显微镜，荷兰飞利浦电子光学公司；XRD-
            固化膜的拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性。Lv                      [10]   6000 型 X 射线衍射仪，日本岛津公司；Vario EL cube
            等将改性过的 SiO 2 纳米粒子加入到水性 UV 固化聚                      型有机元素分析仪，德国 Elementar 公司；VSM Lake
            氨酯中得到稳定均匀的乳液，且所得固化膜具有较                             Shore 7410 型磁强计，英国 Cryogenic 公司；  Concept
            好的硬度、耐磨性和耐候性。Fe 3 O 4 纳米粒子具有很                      40  介电谱仪，德国 Novocontrol 公司；Instron-1211
            好的饱和磁化强度和电性能，与聚合物复合不仅可                             型电子拉力机，美国 Instron 公司；Cence H1650 离
            以赋予材料很好的力学性能和耐热性能，还可以通                             心机，湖南湘仪公司。
            过介电损耗和磁损耗作用赋予材料吸波性能                       [11] 。   1.2    Fe 3 O 4 @SiO 2 @IPDI-HEA 的合成
            Chen [12] 等将 Fe 3 O 4 -VTEO 纳米粒子引入到水性 UV           1.2.1    Fe 3 O 4 纳米粒子的制备
            固化聚氨酯中提高了固化膜的耐热性能，同时赋予                                 参考文献[14]通过溶剂热法制备 Fe 3O 4 纳米颗粒。
            其较好的电磁性能。Chen          [13] 等将改性过的 Fe 3O 4 纳       1.2.2    Fe 3 O 4 @SiO 2 的合成
            米粒子以化学键的方式与水性聚氨酯结合，得到稳定                                将上述制备的 0.5 g Fe 3 O 4 纳米颗粒加入到配有
            的乳液，其固化膜的耐溶剂性、机械性能、导电性和                            机械搅拌器的 500 mL 三口烧瓶中，加入 320 mL 乙
            磁性能均得到提高。然而，Fe 3O 4 纳米粒子在 UV 固                     醇与 80 mL 去离子水，超声分散 10 min，然后在搅
            化的水性聚氨酯中的应用还鲜见报道。                                  拌下加入 4  mL 氨水。将 200  L 四乙氧基硅烷
                 基于此，本文设计合成了一种被 SiO 2 和氨基甲                     （TEOS）和 20 mL 乙醇加入到三口烧瓶中，并在室
            酸酯改性的可光聚合 Fe 3O 4 纳米粒子（Fe 3O 4@SiO 2@              温下反应 5 h。最终产物用乙醇洗涤 3 次，并在 60 ℃
            IPDI-HEA），将其掺杂进水性聚氨酯光聚合体系中                         下真空干燥 12 h。
            改善材料的拉伸强度和耐热性能，同时赋予材料磁                             1.2.3    Fe 3 O 4 @SiO 2 @IPDI-HEA  的合成
            性能，以期制备出性能优异的有机-无机杂化水基光                                将 0.1 g Fe 3 O 4  @SiO 2 和 80 mL 甲苯加入装有机
            固化材料，为其应用于光固化吸波材料领域提供理                             械搅拌器的三口烧瓶（150 mL）中，超声分散 20 min。
            论基础和技术支撑。                                          加入0.116 g （0.001 mol） HEA和0.222 g （0.001 mol）
                                                               IPDI，加热至 80 ℃，保持 12  h。  将产物用乙醇洗
            1    实验部分                                          涤 3 次，并在 50 ℃下真空干燥 12  h 得到 Fe 3 O 4 @
                                                               SiO 2 @IPDI-HEA 纳米粒子。反应路线如下所示：
            1.1    试剂与仪器

                 异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），分析纯，青岛新
            宇天化工有限公司；  丙烯酸羟乙酯（HEA），分析
            纯，长兴化学材料（珠海）有限公司；羟烷基硅油
            （牌号 OFX-3667，简称 PDMS，M n =2400），化学
            纯，道康宁有机硅有限公司；聚乙二醇（PEG-1000）、
            二乙醇胺，分析纯，天津市光复化工研究所；2,2-

            二羟甲基丙酸（DMPA），化学纯，北京百灵威科技                           1.3    水性有机硅聚氨酯丙烯酸酯低聚物（WSiPUA）
            有限公司；三乙胺，分析纯，北京化工厂；2-羟基-                               的合成
            4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮（2959），分析纯，德                         将 5.00 g（0.005 mol）聚乙二醇（PEG-1000）、
            国 巴斯夫公 司；一缩 二丙二醇 二丙烯酸 酯                            12.00 g（0.005 mol）羟烷基硅油（PDMS）、0.3%（质
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