Page 137 - 《精细化工》2020年第1期

第 1 期 张铭芮，等: 氧化石墨烯/梳状有机硅改性水性聚氨酯复合材料的制备与性能 ·123·

improved compared with that of DSE-WPU, and the thermal performance was improved.
Key words: waterborne polyurethane; silicone oil; composites; enrichment rate; hydrophobicity; anti-UV;
leather chemicals

水性聚氨酯（WPU）是以水代替有机溶剂作为 本文先采用预聚体分散法制备梳状有机硅改性
分散介质的新型聚氨酯体系 [1-2] 。WPU 因其无污染 水性聚氨酯（DSE-WPU），再通过物理共混 GO 浆
而受到越来越多的关注，尤其是功能性 WPU 显示 体制备了高强度多功能性纳米复合材料（GO-DSE-
出广阔的应用前景，并朝着高性能化和多功能化方 WPU），考察了其结构与性能的关系。发现并解释
[3]
向发展 。然而，WPU 的机械强度、耐溶剂、耐化 了 DSE 和 GO 对 GO-DSE-WPU 成膜疏水性、抗紫
学性等性能较差，在一定程度上制约了 WPU 的高 外性、机械性能的影响及其相关性，为制备功能性
[4]
性能应用 。因此，采用多种方法对 WPU 进行改性， 水性聚氨酯纳米复合材料的相关研究提供了参考。
特别是在不改变 WPU 自身优异性能的前提下提高
1 实验部分
WPU 的耐水性、耐溶剂性、耐化学性、耐热性和力
学性能，具有重要意义 [5-7] 。
1.1 主要试剂与仪器
有机硅含有独特的有机和无机双重化学结构和
异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），CP，济宁宏明
较低的表面能，极低的玻璃化转变温度，优异的热
化学试剂有限公司；聚四氢呋喃二醇（PTMG2000，
稳定性、耐氧化性及耐候性，因此，可以赋予改性
M n =2000），AR，台州宏得利树脂有限公司；二羟甲
聚合物良好的疏水性能、防污防油性、柔顺性等表面 基丙酸（DMPA），AR，云龙化工原料有限公司；1,4-
特征，可广泛应用于防水、防污及防覆冰材料等 [8-10] 。
马兴元等 [11] 通过引入大分子氨基硅油对 WPU 进行 丁二醇（BDO），AR，国药集团化学试剂有限公司；
三乙胺（TEA），AR，天津市同鑫化工厂；水合肼，
改性，将硅链段引入到 WPU 主链之中，从而提高
AR，东莞比克化工有限公司；双尾型羟基硅油
了 WPU 的疏水性。本文引用的双尾型二羟基硅油
（DSE），CP，上海崇耀化工科技有限公司；氧化石
（DSE）是一种低分子量的聚合物，不仅可以提升
墨烯（GO）浆体，实验室制备。
有机硅的接枝率，还由于其特殊的梳状结构保证了
聚氨酯主链的完整性，因而使聚氨酯的改性产品依 RW-20 电子智能搅拌器，德国 IKA 公司；
然保有优良的力学性能。 W2-100 恒温水浴锅，美国 SENCO 公司；LDW-1
添加防渗层纳米材料是提高涂料抗紫外线性能 电子拉力实验机，济南东方实验仪器有限公司；傅
的有效方法之一。在各种层状纳米薄膜中，具有 sp 2 里叶红外光谱仪，美国 PERKIN ELMER 公司；静
杂化的二维蜂窝炭片石墨烯具有广泛的优良性能， 态视频光学接触角测试仪，德国 KRUSS 科学仪器
如电气性能和机械性能 [12] 。因此，石墨烯被认为是 上海有限公司；原子力学显微镜，美国 Agilent 公司；
一种先进的层状纳米材料。Luca 等 [13] 通过物理共混 扫描透射电镜仪，捷克 TESCAN 公司；紫外-可见-
石墨烯提高 WPU 的力学性能。但由于石墨烯片层 近红外分光光度计，美国 Beckman 公司。
间范德华力和π-π相互作用的存在，导致其与聚合 1.2 GO 浆体的制备
物基质相容性差 [14-15] 。氧化石墨烯（GO）作为石墨 采用改进的 Hummer 法 [21] 制备 GO 溶液，然后
烯的衍生物之一，其基面和边缘分别含有丰富的羟 11000 r/min 离心 1 h，得到高浓度的 GO 浆体。
基、环氧基和羧基 [16-17] ，在阻隔性、抗紫外性、热 1.3 DSE-WPU 乳液的制备
学、电学、力学等方面富有优异性能 [18-20] 。 各样品的命名及组成如表 1 所示。

表 1 制备 DSE-WPU 的原料配比
Table 1 Raw material ratio of DSE-WPU
原料/g

IPDI PTMG DSE BDO DMPA TEA H 2O 水合肼
5%-DSE-WPU 10.00 19.00 1.00 0.39 1.50 1.13 74.40 0.75
10%-DSE-WPU 11.00 18.00 2.00 0.22 1.55 1.17 76.46 0.83
15%-DSE-WPU 13.00 17.00 3.00 0.29 1.65 1.25 81.52 0.98
20%-DSE-WPU 15.00 16.00 4.00 0.35 1.75 1.32 86.58 1.13
25%-DSE-WPU 16.00 15.00 5.00 0.19 1.80 1.36 88.63 1.20