Page 74 - 《精细化工》2021年第5期

第 38 卷第 5 期 精 细 化 工 Vol.38, No.5
202 1 年 5 月 FINE CHEMICALS May 2021

功能材料
阻燃 OMMT/WPU 纳米复合材料的制备及性能

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丁政茂，赵 越，李 杰，辛 伟，罗运军
（北京理工大学 材料学院，北京 100081）

摘要：采用端羟基聚丁二烯（HTPB）剥离层状有机蒙脱土（OMMT）为纳米片，并与异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、
二羟甲基丙酸（DMPA）等单体通过原位聚合法制备了 OMMT 纳米片改性的水性聚氨酯（OMMT/WPU）纳米
乳液。利用小角 XRD、TEM、DLS、EDS、TGA、SEM、锥形量热及极限氧指数测定方法对样品的结构和性能
进行了表征。结果表明，HTPB 剥离的 OMMT 纳米片的衬度均匀，完整性较好；改性后 OMMT/WPU 乳液的粒
径增大，胶膜的弹性模量、热稳定性、抗熔滴性和阻燃性能均得到明显改善，其中弹性模量可提高约 59.4%，
热释放速率峰值可降低约 36.9%；燃烧炭渣表面形貌显示，瓦片状蒙脱土相互穿插形成了具有团簇结构的蒙脱
土覆盖层。
关键词：水性聚氨酯；蒙脱土；纳米片；阻燃性；功能材料
中图分类号：TQ323.8；TQ637 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2021) 05-0928-06

Preparation and properties of flame-retardant OMMT/WPU nanocomposites

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DING Zhengmao, ZHAO Yue, LI Jie, XIN Wei, LUO Yunjun
（School of Materials, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China）

Abstract: Layered organic montmorillonite (OMMT) was exfoliated into nanosheets by hydroxyl-terminated
polybutadiene (HTPB). Then OMMT nanosheets modified waterborne polyurethane (OMMT/WPU)
emulsions were by in situ polymerization using isophorone diisocyanate (IPDI) and dimethylolpropionic
acid (DMPA) and so on as raw materials. The structure and properties of the samples were characterized by
small-angle XRD, TEM, DLS, EDS, TGA, SEM, conical calorimetry and limiting oxygen index
measurement. The results suggested that the OMMT nanosheets had uniform contrast and good integrity.
After modification, the particle size of emulsion increased, the elastic modulus, thermal stability, droplet
resistance and flame retardant properties of film obviously improved. Particularly, the elastic modulus of
OMMT/WPU nanofilm was increased by about 59.4% and peak heat release rate was decreased by about
36.9%. The surface morphology of the burning char residue showed that the tile-shaped OMMT
interpenetrated into each other to form a montmorillonite covering layer with cluster structure.
Key words: waterborne polyurethane; montmorillonite; nanosheets; flame retardance; functional materials

水性聚氨酯（WPU）是异氰酸酯与多元醇、多元 织工程 [13] 等领域得到了广泛应用。有机蒙脱土
胺等亲核单体通过聚合形成的主链含有—NHCOO— （OMMT）是一种价廉的层状硅酸盐矿物质。20 世
重复结构单元的一类水分散聚合物的简称 [1-3] 。WPU 纪 80 年代，FUKUSHIMA 等 [14] 把层状 OMMT 剥离
具有无毒、VOC 低、气味小、节能、安全可靠、不 为纳米片，并制备成高性能的 OMMT/尼龙纳米复合
[4]
易损伤被涂饰表面、易操作和改性等特点 ，作为 材料。此后，有关 OMMT 的研究逐渐增多 [15] ，其
涂料和胶黏剂逐渐替代了溶剂型聚氨酯，在纺织涂 已被广泛应用到各行各业。
[7]
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[5]
层 、木器涂料 、建筑涂料 、胶黏剂 、油墨 、 将 OMMT 纳米片引入到 WPU 中，将改善 WPU
皮革涂饰 [10] 、汽车修补漆 [11] 、玻璃表面处理 [12] 和组 多方面的性能，例如：力学性能 [16-20] 、热稳定性 [18-21] 、

收稿日期：2020-09-15; 定用日期：2020-11-04; DOI: 10.13550/j.jxhg.20200864
基金项目：国家重点研发计划（2016YFC0204400）
作者简介：丁政茂（1990—），男，博士生，E-mail：dzm_dzm@126.com。联系人：罗运军（1964—），男，教授，E-mail：yjluo@bit.edu.cn。