納米材料改性水性聚氨酯研究進展

王寅，傅和青，，顏財彬，余榮民 ，夏建榮

（1華南理工大學化學與化工學院，廣東 廣州 510640；2中國科學院福建物質(zhì)結構研究所結構化學國家重點 實驗室，福建 福州 350002）

聚氨酯是一類分子鏈上含氨基甲酸酯結構的多功能聚合物[1]。將聚氨酯樹脂溶解或分散于水中形成的二元膠態(tài)體系即為水性聚氨酯（WPU）。由于水性聚氨酯的硬、軟段的結構與比例靈活可調(diào)，同時還具有無毒、VOC含量低與不燃等特點，其在涂料、膠黏劑等領域的應用越來越廣泛[2-3]。但是水性聚氨酯分子鏈大多是線型結構，難以得到交聯(lián)密度高的膠膜，同時鏈段結構中引入了親水基團，致使其涂膜的力學性能、熱穩(wěn)定性與耐水性較差，因此需要對水性聚氨酯進行改性，以提高其綜合性能[4]。常見的提高水性聚氨酯上述性能的改性方法有交聯(lián)改性、環(huán)氧樹脂改性、納米材料改性以及復合改性等[5-8]。近年來，由于納米材料制備方法的不斷發(fā)展，采用納米材料改性水性聚氨酯成為新的研究熱點。

納米材料具有獨特的小尺寸效應、光電效應、表面界面等效應，將其復合到水性聚氨酯材料中可賦予復合材料導電、吸波、隔熱、耐磨等特性，提高了材料的力學性能、熱性能與耐老化性[9]。將其與聚氨酯自身具有的高黏結強度、可加工性相結合，可制備出性能卓越的水性聚氨酯納米復合材料，從而擴大了水性聚氨酯材料的應用領域。

1 天然高分子納米材料改性

1.1 纖維素納米晶改性

纖維素是自然界中含量最豐富的生物質(zhì)材料，從纖維素中得到的纖維素納米晶（CNs）是具有棒狀納米結構的高度結晶物質(zhì)，具有價廉易得、可再生、容易改性等特點，其楊氏模量接近150GPa。將纖維素納米晶與水性聚氨酯相復合，可以有效提高WPU的耐熱性與力學性能，拓寬了WPU材料的使用范圍。

Liu等[10]以纖維素納米晶（CNs）作為填料來提高松香基水性聚氨酯（RWPU）的性能。均勻分散在RWPU基質(zhì)中的CNs顯著提高了RWPU的拉伸強度，隨著CNs的質(zhì)量分數(shù)由0增加到20%，復合材料膜的拉伸強度由28.2MPa增大到52.3MPa。與純RWPU材料相比，復合材料的熱穩(wěn)定性有所提升，玻璃化溫度降低。Wu等[11]也做了類似的研究，但他們發(fā)現(xiàn)CNWs的加入可能會增強材料的導熱性，致使2K-WPU/CNWs的熱穩(wěn)定性下降。

Patricio等[12]發(fā)現(xiàn)可以通過改變CNs的加入方式與步驟來控制WPU與CNs之間氫鍵的相互作用。CNs與其加入的方式影響了WPU的相形態(tài)，CNs的存在可能阻礙了剛性鏈段間的相互作用，以致不能產(chǎn)生有效的微相分離。但總的來說，CNs是可以有效改善WPU綜合性能的填料。

纖維素納米晶表面存在大量活性羥基，使用化學法將其表面改性可減小羥基極性基團之間的氫鍵作用，從而改善CNs與聚合物基質(zhì)間的相容性，促進納米粒子對復合材料的增強效果。近年來，關于將纖維素納米晶作為聚合物的增強填料的研究日益引起關注。

1.2 淀粉納米晶體改性

淀粉納米晶體（StNs）是一種具有規(guī)整結構的天然高分子納米材料。StNs不僅繼承了天然高分子物質(zhì)具有生物降解、生物相容性好、無毒等優(yōu)良性質(zhì)，還具有類似無機填料的剛性，可以對復合材料起到增強作用。將其與無毒的水性聚氨酯相復合，在制備高性能的生物納米材料方面有良好的應用 前景。

Chen等[13]將低含量（質(zhì)量分數(shù)小于8%）的淀粉納米晶體（StNs）分別在乳化前期、乳化中期、擴鏈時期3個階段加入到WPU乳液中。研究揭示了StNs對材料增強、增韌的協(xié)同作用機理，即 StNs表面與WPU間的物理協(xié)同作用促進壓力傳遞，使材料的力學性能提升；材料的交聯(lián)密度增大致使其斷裂伸長率降低。但隨著StNs添加量的增大，StNs粒子間發(fā)生團聚，導致材料力學性能下降。該作者進一步實驗發(fā)現(xiàn)，對StNs表面進行化學接枝會使在StNs表面物理交聯(lián)的形成受到阻礙，不能起到增大復合材料交聯(lián)密度的作用，因而不能進一步同時提高材料的強度與斷裂伸長率。Zou等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當WPU復合材料中StNs的質(zhì)量分數(shù)為10%時，材料的拉伸強度達到最大值31.1MPa；當StNs的質(zhì)量 分數(shù)為30%時，復合材料的楊氏模量達到最大值 204.6MPa。

雖然單一的淀粉納米晶體改性能在一定程度上改善WPU的熱性能與力學性能，但Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，淀粉納米晶體（StNs）與纖維素納米晶須（CW）可以共同形成強的氫鍵網(wǎng)絡，對WPU起到協(xié)同增強作用。向WPU中添加質(zhì)量分數(shù)為1%的StNs與0.4%的CW，復合材料的楊氏模量、拉伸強度以及斷裂拉伸能與純WPU材料相比分別提高了252%、135%、136%。WPU/1%StNs/0.4%CW體系比其他WPU/StNs和WPU/CW體系的填料增強作用顯著。

淀粉納米晶體剛度大、結構致密、阻隔性好，與無機納米材料相比，具有來源廣、可再生、可降解、密度小等特點。淀粉納米晶體與水性聚氨酯相復合，可以顯著提高材料的力學性能和阻隔性能。隨著木質(zhì)素、甲殼素等天然高分子納米化技術的發(fā)展， 更多的生物質(zhì)類納米材料將會應用到水性聚氨酯復合材料中。

2 無機納米材料改性

2.1 黏土礦石類納米材料改性

2.1.1 納米蒙脫土改性

納米級蒙脫土（MMT）是由兩層Si—O四面體和一層Al—O八面體組成的層狀硅酸鹽晶體。蒙脫土的層狀結構、高長徑比、分散性好等特點使其廣泛應用于高分子材料中，以提高材料的力學性能、熱穩(wěn)定性和氣體阻隔性。但是蒙脫土硅酸鹽層間含有大量水分子，需要對它進行有機改性來提高與聚合物的相容性。季銨鹽與硅烷偶聯(lián)劑改性是兩種常見的對蒙脫土的有機化改性方式。

周威等[16]以異佛爾酮二異氰酸酯、PBA3000、十二烷基雙羥乙基甲基氯化銨改性后的蒙脫土（OMMT）等為原料，制備了OMMT/WPU納米復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，隨著OMMT含量的增加，復合材料的熱穩(wěn)定性變好，這是因為一方面插層劑在MMT與WPU分子鏈間起到橋梁作用，提高了體系的交聯(lián)密度；另一方面MMT產(chǎn)生“柵欄效應”，有效阻礙了材料熱分解過程的熱量傳遞。同時復合材料的疏水性能與粘接性能有明顯提高。

Fu等[17]成功制備了以含氟聚丙烯酸酯為核、OMMT/WPU為殼的OMMT/FWPU納米復合材料。WXRD結果顯示，當OMMT質(zhì)量分數(shù)低于2%時，硅酸鹽層完全被PU鏈剝離。復合材料中OMMT的含量越多，材料的熱穩(wěn)定性越好，交聯(lián)密度、儲能模量與微相分離程度越大。當OMMT質(zhì)量分數(shù)超過2%時，OMMT會團聚，阻礙PU的鏈段運動，使材料的斷裂伸長率降低。

王文娟等[18]研究了疊氮偶聯(lián)劑改性的蒙脫土對WPU材料阻燃性能的提升效果，燃燒性能測試結果表明復合材料的阻燃性能得到顯著提高。當疊氮蒙脫土的添加質(zhì)量分數(shù)為1%時，WPU的阻燃效果最佳。同時疊氮蒙脫土的加入提高了WPU材料的硬度、拉伸強度以及耐水性。

經(jīng)過剝離后層狀結構的蒙脫土與聚合物鏈段間相互作用面積變大，界面相互作用更強，為聚合物提供了更有效的熱屏障，對材料的力學性能與熱性能增強作用更顯著。蒙脫土的優(yōu)異性能為制備高性能WPU復合材料提供了新的方法。

2.1.2 納米凹凸棒土改性

凹凸棒土（AT）是一種具有鏈層狀結構的含水富鎂鋁的硅酸鹽礦物，其理論化學式為：Si8O20Mg5[Al](OH)2(H2O)4·4H2O。凹凸棒土與蒙脫土均是來源廣泛的天然礦物，近年來，已有不少的文獻報道用AT來改性高聚物制得性能優(yōu)越的納米復合材料。

Pan等[19]將鹽酸處理后的AT超聲震蕩分散到WPU分散體中，得到AT粒子不規(guī)分散的WPU/AT納米復合材料。AT與聚氨酯鏈段間存在相互作用，使WPU復合材料的物理交聯(lián)密度、玻璃化溫度Tgs與硬段熔融溫度Tgh均增大。隨著AT含量的增加，復合材料的熱性能增強，并且材料的斷裂伸長率與拉伸強度均增大。

Peng等[20]通過原位聚合法將IPDI改性后的凹凸棒土（AT-NCO）復合到WPU中，得到AT均勻分散的納米復合材料。由于AT-NCO起到交聯(lián)作用，較少添加量的AT使納米復合材料的力學性能與熱性能得到顯著提升。但AT-NCO的添加質(zhì)量分數(shù)超過2.5%時，AT會發(fā)生團聚，致使其不能均勻分散于WPU基質(zhì)中，使復合材料性能下降。

AT價廉易得，但其比表面積大，表面能較高，不易分散。通過物理共混法難以得到穩(wěn)定的高性能復合材料。通過化學或物理方法對AT改性，改善AT表面的物理化學性質(zhì)，提高AT的分散性將是制備具有實用價值的高性能AT/WPU復合材料的主要途徑。

2.1.3 納米羥基磷灰石改性

羥基磷灰石（HAp）是鈣磷灰石的自然礦化物，也是組織工程領域中和生物醫(yī)用材料領域中應用最廣泛的一類生物陶瓷，具有良好的生物活性與生物相容性。與高分子材料的特性相結合，可制備具有優(yōu)良生物活性、多孔性、骨傳導性和生物相容性的組織工程材料。

Zhao等[21]首次以原位聚合法將IPDI改性后的羥基磷灰石（HAp-NCO）復合到WPU中。由于HAp的添加量較低，HAp都能在材料中均勻分布。無機材料的引入使復合材料的力學性能、熱性能與斷裂伸長率都有顯著提高。當HAp質(zhì)量分數(shù)為1.6%時，材料的耐水解性能最佳。

呂宏達等[22]將WPU與羥基磷灰石均勻混合，制備了WPU/HAp納米復合材料。XRD結果表明HAp與聚氨酯間形成了氫鍵，PU分子鏈的排列無序化，PU軟段的結晶度降低。由于HAp是以物理共混的方式加入，納米粒子間容易發(fā)生團聚，使材料的力學性能變差。隨著HAp添加量的增大，復合材料的水接觸角與吸水率均呈現(xiàn)先降后升的趨勢。

近年來，納米羥基磷灰石高分子復合材料在組織工程中的應用研究取得良好進展，但HAp的力學性能較差，限制了材料的進一步應用。要從根本上提高復合材料的強度以及韌性來滿足實際臨床需求，還需在對復合材料的改性與加工方面開展深度研究。

2.1.4 納米二氧化硅改性

納米SiO2包括粉體SiO2和膠體SiO2。納米SiO2具有比表面積大、比表面能高、強度高、表面含有大量的羥基，簡單的物理共混很難將其均勻分散到水性聚氨酯體系中。將納米SiO2表面改性或改性后進一步添加界面相容劑，可以提高其與聚合物基質(zhì)的相容性，從而制備出納米SiO2均勻分散的高性能復合材料。

陳永軍等[23]以沉淀、萃取相結合，硅烷偶聯(lián)劑A-174包裹改性的方式制備了含15%改性的納米SiO2的聚丙二醇（PPG）的分散液，進而制備了不同納米SiO2含量的WPU復合材料。研究結果表明，含納米SiO2的PPG分散液參與了預聚反應，從而使SiO2在乳化后均勻分布在分散體中。當納米SiO2的含量為預聚體的2%時，制得的分散體的復合涂膜斷裂伸長率為300%，拉升強度達到13MPa，耐水性、硬度與熱性能都有顯著提升。

Zhang 等[24]將KH570改性后的納米SiO2滴加到甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）封端的WPU中反應，得到有機SiO2/WPU納米復合材料。由于SiO2表面接枝有機官能團，SiO2與WPU的相容性得到顯著改善。即使改性后的SiO2的加入量達到17.5%（質(zhì)量分數(shù)），該復合乳液仍具有一定的穩(wěn)定性。同時材料的熱性能、耐水性與硬度均有大幅提升。

納米SiO2粒子具有光學透明、電絕緣、抗化學腐蝕以及力學穩(wěn)定性好等特征，將其添加到高聚物中不僅可以改善材料的耐熱性能與力學性能，還可以起到抗老化和抗紫外線的作用。

2.2 納米碳素材料改性

2.2.1 石墨烯改性

石墨烯（GN）具有獨特的物理性能，其優(yōu)異的導電性、熱導率、模量、高透光率和優(yōu)良的比表面積等可賦予材料較好的電學性能、熱性能、電磁屏蔽性能以及力學性能。將石墨烯及其衍生物與聚氨酯材料相結合，可制得性能優(yōu)異、具有良好應用前景的復合材料。

Wang等[25]將自制的3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）封端的聚氨酯預聚體分散到APTES改性的石墨烯納米片（GNS）水溶液中，成膜后得到f-GNS/WPU復合涂層。原子力顯微鏡（AFM）測得剝離的f-GNS厚度為2.496nm。從透射電鏡（TEM）圖中可看出f-GNS在WPU中均勻分布。f-GNS對復合材料的力學性能與熱性能具有顯著的增強作用，添加質(zhì)量分數(shù)2%的f-GNS復合材料的拉伸強度是純WPU的171%，并且其10%失重率的溫度升高了15℃。Kim等[26]也做了類似工作，研究發(fā)現(xiàn)通過溶 膠-凝膠反應，GO與WPU間形成的共價鍵使復合材料的耐水性、玻璃化轉變溫度、硬度以及楊氏模量均有不同程度提升。但當GO的質(zhì)量分數(shù)超過1.5%時，GO會發(fā)生團聚，反而降低了材料的性能。

Ding等[27]將水熱法制得的石墨烯（GN）分散在聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到高濃度穩(wěn)定的石墨烯溶液，再將其與WPU相混合，制得WPU/GN納米復合材料。研究結果表明，石墨烯的加入使得WPU的導電性能大幅提升，材料的熱性能也有一定程度的提升。當石墨烯的加入量達到4.0%（質(zhì)量分數(shù)），復合材料的電導率達到8.30×10-4S/cm。相比原位聚合法制備的復合材料，此方法得到的材料的導電性能更好。

石墨烯作為優(yōu)異的納米填料，少量添加即可顯著增強WPU材料的力學性能、導電性能和熱性能。但石墨烯強大的范德華力使其具有疏水性和易團聚的特點，限制了石墨烯的應用。氧化石墨烯（GO）表面有環(huán)氧、羥基、羧基等官能團，與聚合物的相容性好。但GO表面基團破壞了石墨烯的表面規(guī)整，使石墨烯的各項性能大幅下降。通過物理共混法制備的水性聚氨酯/石墨烯復合材料能繼承石墨烯的優(yōu)異光電特性，但由于石墨烯與聚合物基質(zhì)的相容性差。而通過化學法將石墨烯改性后可以制得相容性好的復合材料，但喪失了石墨烯的獨特性能。

用肼或硼氫化鈉等還原劑將GO還原后得到的還原氧化石墨烯（r-GO）不僅具有GO的活性官能團，還具有優(yōu)異的電學性能。可以預見，利用穩(wěn)定性與反應活性將GO與WPU相復合，根據(jù)需要選擇性將GO還原為石墨烯來得到具有優(yōu)異電學性能的復合材料將是今后的研究熱點。

2.2.2 碳納米管改性

碳納米管（CNTs）是兩端基本封口的管型納米材料，長徑比可達到1000以上，具有超高的彈性模量（1.0TPA）以及良好的熱性能、優(yōu)異的韌性與光電性能。將CNTs與WPU相復合，CNTs的超強力學性能可以顯著提高WPU的強度和韌性，其獨特的光電性能可賦予WPU優(yōu)異的電學性能。

呂君亮等[28]先制得甲基丙烯酸-2-羥乙酯封端的WPU預聚體，再向預聚體中加入酸處理后的碳納米管（CNTs），反應0.5h后分散，得到WPU/CNTs復合乳液。當CNTs質(zhì)量分數(shù)為0.6%時，復合乳液涂膜的拉伸強度為15.54MPa，斷裂伸長率為31.27%。CNTs的引入抑制了WPU的微相分離，在增強材料的力學性能的同時賦予了材料導電性能。

Calpena等[29]將質(zhì)量分數(shù)0.1%～1%的CNTs用機械攪拌的方式分散到WPU分散體中，研究發(fā)現(xiàn)CNTs與WPU間的相互作用阻礙了聚合物的分子鏈運動，降低了WPU的結晶性能。CNTs的加入提高了WPU的導電性能與彈性模量，并且未對WPU的粘接性能造成顯著影響。

CNTs/WPU納米復合材料主要是通過機械共混與原位聚合法來制得。機械共混法簡單易行，但表面未經(jīng)改性的CNTs很難在WPU基質(zhì)中均勻分布。將表面改性后的CNTs以原位聚合的方式復合到WPU中，可以改善其在WPU基質(zhì)中的分散性，從而更好地將兩種材料的特性結合起來。

2.2.3 納米炭黑改性

炭黑（CB）是一種重要的無機材料，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、傳熱性、導電性與光屏蔽性，廣泛應用于橡膠、涂料、油墨等領域。然而由于其極大的比表面積，CB容易團聚。一些研究發(fā)現(xiàn)，通過對CB表面改性可以提高其表面的親水性，克服了CB在溶液中的團聚問題，使其得到更廣泛的應用。

Du等[30]用一步原位球磨法制備了聚4-苯乙烯磺酸鈉（PSS）改性的高度親水的炭黑（PCB）。TEM顯示PCB表面包裹的PSS層起到空間位阻作用，防止炭黑粒子團聚，使PCB能夠均勻分散于WPU分散體中。與純WPU膜相比，WPU/PCB雜合乳液膜的熱穩(wěn)定性顯著提高，拉升強度從39.8MPa提升至54.2MPa。

Zhang等[31]以物理共混法將CB復合到水性聚氨酯丙烯酸酯材料中。實驗結果表明，在WPUA/CB基質(zhì)的UV光固化涂料中，CB的含量越高，涂料的黏度越大。當CB質(zhì)量分數(shù)為4%時，涂料的耐水性與拉伸強度最佳。若CB的含量太高，材料中的CB會阻礙光引發(fā)劑吸收紫外光，自由基更難形成，以致C=C的轉化率與聚合速率大幅降低。

隨著對納米炭黑表面改性技術的發(fā)展，炭黑的表面物理化學特性與分散度得到改善。表面改性后的炭黑與聚合物基質(zhì)間形成共價鍵，從而達到更好的補強效果。

2.3 金屬與金屬氧化物納米材料改性

2.3.1 納米Fe3O4改性

納米Fe3O4粒子具有很強的力學性能、高飽和磁化強度和較低的體積電阻率。與聚合物相復合，可以為復合材料提供磁性與電性能。

Zhang等[32]用油酸將共沉淀法制得的Fe3O4納米粒子改性后，以原位聚合法制備了納米Fe3O4質(zhì)量分數(shù)為0～4%的WPU/Fe3O4納米復合材料。納米Fe3O4粒子含量增多，復合材料的儲能模量與損耗模量均增大，導電性與熱穩(wěn)定性越好。與未加入納米粒子的WPU相比，復合材料的導電性、熱性能與磁性能均有顯著提升，并可作為潛在的吸波材料。當納米Fe3O4質(zhì)量分數(shù)超過2%時，納米粒子會在WPU中聚集，使復合材料的穩(wěn)定性與力學性能變差。

要制備納米Fe3O4分散性好、導電、導磁性能以及力學性能俱佳的水性聚氨酯納米復合材料，還需在減少納米Fe3O4顆粒團聚和氧化、提高納米粒子的磁性能等方面做深入研究。

2.3.2 納米ZnO改性

納米ZnO的力學強度高、耐磨減震、抗菌等獨特性能，使其在光電轉化、導電材料與抗菌高分子材料等領域應用前景廣闊。ZnO納米顆?？梢酝ㄟ^電化學沉積、溶膠-凝膠、水熱合成等方法制得。

Ma等[33]將水熱法制備的花狀ZnO納米晶須（f-ZnO）用APTES改性，再以原位聚合法將質(zhì)量分數(shù)為0～4%改性后的f-ZnO復合到WPU中。當f-ZnO質(zhì)量分數(shù)為1%時，材料的拉伸強度達到最大值。由于f-ZnO具有熱催化性能，材料的熱性能反而降低。隨著f-ZnO含量的增大，復合材料對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抗菌活性越好。

Awad等[34]使用正電子湮沒壽命譜測量了納米ZnO/WPU體系的自由體積特性。研究發(fā)現(xiàn)，由于納米ZnO粒子與WPU基質(zhì)間存在氫鍵、范德華力、靜電力的相界面相互作用，將納米ZnO的質(zhì)量分數(shù)由0增大到5%，ZnO/ WPU體系的自由體積減小，WPU硬段與軟段分別對應的Tg都增大，同時WPU基質(zhì)的物理交聯(lián)密度也增大。

向WPU基質(zhì)中引入納米ZnO不僅可以提高材料的熱性能與力學性能，還可以賦予材料抗菌性能，擴大了WPU材料的應用領域。

2.3.3 納米TiO2改性

納米TiO2具有化學穩(wěn)定性好、力學強度高以及獨特的紫外線屏蔽作用，廣泛應用于抗菌涂料和抗菌塑料等領域。

劉珊[35]分別將KH550改性的納米TiO2與納米TiO2溶膠引入到水性聚氨酯體系中，研究發(fā)現(xiàn)使用納米TiO2溶膠制備的復合材料，綜合性能更佳，但此制備方法生產(chǎn)成本較高，不適合工業(yè)生產(chǎn)。

葉思霞[36]采用溶液共混法制備了納米TiO2/WPU納米復合材料，納米TiO2的摻入賦予了復合材料一定的抗菌效果。由于納米TiO2具有熱傳導性，復合材料的熱穩(wěn)定性變差。然而Zhou 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，納米TiO2可以與異氰酸酯基團以共價鍵結合嵌入到硬段微區(qū)，提升了復合材料的熱性能。

與其他無機納米材料相似，納米TiO2的表面能很高，納米粒子之間趨向于聚集形成二次粒子，在復合材料中容易成為應力集中點，降低材料的力學性能。將納米TiO2粒子表面改性可改善其與WPU的相容性，更好地展現(xiàn)其對WPU的增強作用。

2.3.4 納米銀改性

納米銀是一種生物相容性高的貴金屬材料，具有小尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應以及良好的抗菌性能。納米銀在電子材料、磁性材料、光學材料、抗菌材料等方面應用前景廣闊。

Akbarian 等[38]先將0.2‰（質(zhì)量分數(shù)）的銀納米粒子通過超聲震蕩均勻分散在聚丙烯酸樹脂中，然后再與聚異氰酸酯共混，得到含銀的雙組分水性聚氨酯涂料。納米Ag粒子的摻入賦予了復合材料膜良好的抗菌性能，減緩了材料的熱分解，增大了材料的Tg。Hsu等[39]發(fā)現(xiàn)，當納米Ag的加入質(zhì)量分數(shù)為0.03‰時，Ag/WPU納米復合材料具有優(yōu)異的細胞反應和抑菌作用，可作為心血管生物材料。

納米銀的抗菌性能與水性聚氨酯的生物特性相結合，制備的納米復合材料在抗菌涂料與抗菌生物材料等領域會有更廣泛的應用。

3 結 語

隨著納米材料制備方法與改性技術的進步，對水性聚氨酯改性的方法將呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢。但是在復合材料的研究蓬勃發(fā)展之時應該認識到制備高性能水性聚氨酯納米材料的四大難題仍然 存在。

（1）天然高分子納米材料含活潑氫的官能團 的官能度較高，納米粒子在氫鍵與范德華力的作用下極易團聚，在聚合物基質(zhì)中的分散性差。

（2）通過物理共混法得到的復合乳液往往穩(wěn) 定性差，納米材料與聚合物基質(zhì)間的相互作用較弱，難以得到高性能的復合材料。

（3）將納米材料化學改性后可以提高其與聚 合物間的相容性，更好地賦予或提升材料的某些性能。但是對納米材料的化學改性較為繁瑣，改性產(chǎn)量低、成本高，難以得到大規(guī)模有機化的納米材料。并且改性可能會破壞納米材料的結構，使納米材料的某些特性喪失。以上這些因素的存在限制了水性聚氨酯復合材料的工業(yè)化生產(chǎn)與實際應用。

納米材料對水性聚氨酯的增強作用效果主要取決于納米材料在聚合物基質(zhì)中的分散性能與兩相界面間的相互作用程度。要得到高性能的水性聚氨酯復合材料來滿足建筑、航空、汽車、醫(yī)療等相關行業(yè)快速發(fā)展的需要，今后的研究重點將是深入納米材料與聚合物間相互作用機理的理論研究，拓展納米材料的種類與有機化改性方法和復合材料的合成與制備方法，提高納米相與聚合物間的相容性，更好地將納米材料與水性聚氨酯兩者間的優(yōu)勢相結合。通過聚氨酯的分子結構設計與具有特性功能的納米材料的選擇來結合兩者的優(yōu)異性能，從而實現(xiàn)水性聚氨酯納米復合材料的“個性定制”，將是今后制備高性能水性聚氨酯復合材料的研究趨勢。

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