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聚氨酯材料因其独特的结构以及优良的性能而受到研究人员的广泛关注,且已被应用到许多领域(例如涂料、胶黏剂等);水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系,属于环境友好型聚氨酯材料;然而,水性聚氨酯具有诸如耐热性、防腐性和耐水性差的缺点,同时又存在着材料成本较高,这抑制了其更广泛的应用,因此有必要通过改性以提高其综合性能。添加纳米粒子是一种改善水性聚氨酯性能的有效办法之一。目前已经有一些纳米粒子与水性聚氨酯进行复合的报道,但在碳系材料复合改性方面的系统性研究还不够,基于以上原因,本文利用炭黑(CB)、氨基化多壁碳纳米管(NH2-MCNTs)和氧化石墨烯(GO)粒子作为改性剂,异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚丙二醇2000(PPG2000)作为原料,以二月桂酸二丁基锡(T-12)作为催化剂,通过原位聚合法分别制备了三种水性聚氨酯(WPU)复合材料:WPU/CB复合材料、WPU/CB/NH2-MCNTs复合材料和WPU/CB/GO复合材料。研究了三种水性聚氨酯复合材料的结构与性能,取得了以下成果。采用原位聚合法制备WPU/CB复合材料。CB粒子的引入使得该复合材料的热学及防腐性能得到很大程度的提高。利用红外光谱对所制备材料进行结构表征;SEM和TEM表明1wt%的CB粒子可以在乳液中很好的分散,且几乎嵌入聚合物基体中;热分析表明得知,1wt%的CB粒子制备的复合材料热分解温度Td从260.7℃上升至275.3℃,硬段Tg从49.9℃上升至59.9℃;EIS表明加入炭黑粒子可以在一定程度上有助于复合材料的防腐性能,且当炭黑含量为1.0wt%时抑制效率达到91.56%。采用复合填料(CB和NH2-MCNTs)利用原位聚合法进行WPU/CB/NH2-MCNTs纳米复合材料的制备。利用红外光谱对所制备材料进行结构表征;利用SEM和TEM对复合材料进行形貌分析表征,二者都证实了填料粒子均匀分散在聚合物基质中,TEM看到填料粒子之间可能存在协同效应,从而影响纳米复合材料的性能;热分析表明1.0wt%CB和1.5wt%NH2-MCNTs制备的复合材料热分解温度Td从260.7℃上升至284.7℃,硬段Tg从49.9℃上升至85.8℃;此外EIS测试表明复合填料对材料的腐蚀防护性能有很大的提升,其抑制效率最大值可达99.46%。采用复合填料(CB和GO)利用原位聚合法进行WPU/CB/GO纳米复合材料的制备。利用红外光谱对所制备材料进行结构表征;利用SEM和TEM对复合材料进行形貌表征分析,二者都证实了填料粒子与聚合物基质混合均匀,并且CB粒子和GO二者之间也是呈现出互混状态,同时较为均匀,这使得填料粒子之间会存在协同效应,从而影响复合材料的性能;热分析表明,当CB和GO加量分别为1.Owt%和1.5mL时,复合材料热分解温度Td从260.7℃上升至283.3℃,硬段Tg从49.9℃上升至95.6℃;此外EIS测试表明复合填料对涂层的防护性能有很大的提升,且当CB和GO加量分别为1.0wt%和1.0mL时其防腐性能最佳,抑制效率达97.44%。综上所述,三种水性聚氨酯复合材料的性能都得到较大改善,其中加入NH2-MCNTs和GO之后材料的耐热性和耐腐蚀性性能得到较大提高。