CNTs/TPU复合材料的制备与性能研究(5)
1.2.3 等离子体接枝聚合
等离子体接枝聚合是先对高分子材料进行等离子体处理，利用表面产生的活性自由基引发具有功能性的单体在材料表面进行接枝共聚。等离子体接枝聚合方法有:①气相接枝:材料表面经等离子体处理后接触单体进行气相接枝聚合;②无氧液相接枝:材料表面经等离子体处理后直接进人液状单体内进行接枝聚合;③有氧液相接枝:材料表面经等离子体处理后接触大气形成过氧化物，再进人液状单体内由过氧化物引发接枝聚合;④同时照射法:单体吸附于材料表面，再暴露于等离子体中进行接枝聚合，活化和单体接枝于材料表面同时进行。
1.3 聚氨酯简介
聚氨酯[2]全称为聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有-NHCOO-单元的高分子化合物，该单元由异氰酸基和羟基反应而成，反应式如下：
-N=C=O + HOˉ → -NH-COOˉ
聚氨酯工业首先开始于德国。早在1849年德国化学家伍尔兹(Wvrtz)就制得了脂族异氰酸酯。1850年德国化学家霍夫曼合成了苯基异氰酸酯。到了1937年，德国法本公司的奥托•拜尔博士首次将异氰酸酯用于聚氨酯的合成，他用吹冰亚甲基二异氰酸酯(HDI)和1，4-丁二醇反应制得了被命名为Igamid-U的聚氨酯纤文，并用甲苯二异氰酸酯(TDI)和各种多元醇反应得到了聚氨酯弹性体。
1.3.1 聚氨酯结构 图1-5 嵌段聚氨酯软硬链段结构
聚氨酯弹性体是指在大分子主链上含有较多氨基甲酸酯基官能团(-NH-CO-O-)的一类弹性体聚合物，是典型的多嵌段共聚物，通常由低聚物多元醇（聚醚或聚酯）先与多异氰酸酯进行加成反应，再和扩链剂反应制备而成，其结构通式为-(A-B)n-。其中A是硬段，为各种异氰酸酯与小分子扩链剂（醇或胺）反应而成；B是分子量 500～3000 的聚醚或聚酯多元醇软段。如图1-3所示是嵌段聚氨酯的结构示意图。
1.3.2 聚氨酯性能
聚氨酯弹性体的独特结构赋予该种材料具有优良的综合力学性能：(1)优异的耐磨性能；(2)在很宽的硬度范围内，保持较高的弹性（400～800%的伸长率）；(3)高强度和高伸长率；(4)负载支撑容量大、减震能力强，硬度在邵A85 以上时仍能保持良好的弹性；(5)良好的耐油和耐多种溶剂性能；(6)生物相容性。
根据制备时所用分散介质的不同，可分为溶剂型和水性PU两大类，水性PU较溶剂型PU应用成本低，具有无毒、无污染、易施工、不燃烧、强附着、耐溶剂、耐腐蚀等优良特点，显示出广阔的市场前景，并有逐步取代溶剂型PU的趋势。但由于水性PU材料的强度不够高，耐水、耐热、抗静电性能较差，同时水性PU还存在着总固物质量分数低、干燥时间长、与基材结合力差等缺陷，从而限制了水性PU的应用范围[3-5]。因此，如何通过改性来提高PU综合性能已引起人们的广泛关注。
1.4 CNTs/TPU复合材料概述
随着科技的迅猛发展，对广泛用作各种电子产品及生活用品的高分子材料的性能要求也越来越高，高分子纳米复合材料是适应这一要求的必然趋势之一。PU的耐极性溶剂和耐热性较差，因而极大地限制了其使用范围的进一步拓宽。此外，一些特殊场合要求材料应有较高的模量，而纯PU的模量不高，不能满足特殊场合的使用。随着科学技术的不断发展，人们对材料的物理、力学性能的要求也越来越高，同时还必须考虑降低成本，以提高材料的使用效能和市场竞争力。利用纳米无机材料（纳米二氧化硅、纳米蒙脱土、纳米碳纤文等）对PU进行改性，则可克服上述缺点，并能提高其性能。通常使用蒙脱土类层状硅酸盐、碳酸钙、二氧化硅等无机填料以及有机硅、环氧树脂、丙烯酸酯、淀粉，植物油等改善PU的性能，但由于改性剂的添加量较多，对PU的综合性能影响较大，且不能赋予PU材料声、光、电、磁、热等方面的功能，具有一定的局限性。碳纳米管，管径尺寸为纳米级，其管壁结构类似石墨，导电性好，比表面积大，具有优异的力学、电学、热学性能。更重要的一点是，碳纳米管的分子结构与聚氨酯链结构相似，长径比高达100～1000，具有极好的柔韧性，与聚氨酯具有良好的相容性。因此，将碳纳米管与聚氨酯进行复合，可获得性能优异的碳纳米管/聚氨酯复合材料。