聚氨酯/无机纳米复合材料研究进展

戴俊，陈焕懿，韦凌志

（广西科学院应用物理研究所，广西 南宁 530003）

聚氨酯/无机纳米复合材料研究进展

戴俊，陈焕懿，韦凌志

（广西科学院应用物理研究所，广西 南宁 530003）

阐述了近年国际国内在制备聚氨酯（PU）/无机纳米复合材料方面的研究进展情况，针对碳纳米管（CNTs）、石墨烯、氧化物纳米粒子、层状硅酸盐（PLS）等不同种类的无机纳米材料-聚氨酯复合体系研究重点、制备方法及性能特点进行了介绍，并对今后的研究应用方向和趋势做出了展望:将进一步研究无机纳米材料在聚氨酯基体具有更微观层次良好分散性的制备方法；复合材料微观相界面、反应机理方面的理论性研究将更为深入；无机纳米材料选择种类进一步延伸，拓展具有优异综合性能的多元复合体系研究领域；简化复合体系合成途径，降低生产成本，加快聚氨酯复合材料工业化进程。

聚氨酯；复合材料；纳米材料；分散

聚氨酯（polyurethane，PU）即聚氨基甲酸酯，是以—NHCOO—为重复基团的一类高分子材料。按照分子网络结构不同分为线型与交联型两类，分别对应了热塑性聚氨酯与热固性聚氨酯。工业上一般由多异氰酸酯在催化剂及助剂存在下与另一原料多元醇化合而成。它是塑料和橡胶聚合物材料品种之间的交叉，通过控制交联密度可表现出非常宽的硬度范围，种类繁多，主要包括了聚氨酯泡沫（硬质、半硬质、软质）、聚氨酯弹性体、聚氨酯涂料、防水聚氨酯、聚氨酯胶黏剂等。不同类型的聚氨酯材料分别具有优良的隔热保温、耐磨、耐腐蚀、冲击吸收性能、电性能和防噪声性能。此外，材料的减震、吸震效果好、成本较低而易于成型，现已在汽车、机械、包装、保温、电子、医疗及建筑等领域占一席之地[1]。

无机纳米材料因特殊的表面与界面，不同于宏观颗粒的小尺寸效应、介电限域与量子尺寸效应等[2-3]，在磁、热、光、声和其他功能性及结构性材料方面，相对于传统尺寸材料有明显优势。纳米颗粒因其微观结构自带的不同特性，均匀分散于聚氨酯基体后，体系不仅可获得在阻燃性、耐氧化性、物化稳定性及结构性能方面更强的综合性能，还能复合扩展出具有良好功能性如超轻导电、吸波性、光催化性、降解性、生物活性和抗菌性的新型材料。目前无机纳米材料应用于改性聚氨酯合成复合材料种类集中于碳纳米材料、常见小分子纳米氧化物、层状硅酸盐黏土等，本文就几种具体的无机纳米粒子用于聚氨酯改性的研究特点分别进行讨论。

1 聚氨酯/碳纳米复合材料

1.1 聚氨酯/碳纳米管（CNTs）复合材料

碳纳米管（CNTs）作为准一维结构纳米材料的一种，由于具有低密度、高长径比（通常长径比>1000）[4]、超强的力学性能和良好的电性能，被认为是用于高分子材料改性的理想增强体[5-6]。在聚氨酯/无机复合体系的研究中起步较早，研究范围及研究领域相对广泛。

CNTs作为电的良性导体，功能化后在基质内的分散性有效提高，令碳纳米管在改善有机高分子导电性能方面成为复合材料的首选。其导电机理主要分为载流子传输方式与导电网络形成方式[7]。研究结果表明，通过有效复合的材料体系，聚氨酯/碳纳米管材料电阻率明显降低。Raja等[8]通过熔体混合法制备了Ag或Cu金属纳米颗粒修饰过的多壁碳纳米管（M-CNTs）-热塑性聚氨酯弹性复合体，并考察了体系力学、导电性能及形状记忆功能。数据显示，对比纯CNTs，添加金属粒子后的M-CNTs对有机基体在杨氏模量、屈服应力等方面有显著的提高，电导性与热传导性能也明显增强；而电循环拉伸测试表明聚氨酯/M-CNTs获得了更好的电致形状记忆功能。

Kwon等[9]的水性聚氨酯/碳纳米管复合材料使用原位聚合，分别用仅纯化处理的CNTs和用硝酸处理过的CNTs制备复合材料。结果表明，添加CNTs后制备的两种复合材料的热稳定性、力学性能、储存模量、玻璃化转变温度以及电性能都有一定的提高。但是，经硝酸处理的CNTs对复合体系在性能增强方面的作用更为明显，其主要原因为酸处理体系均匀性较好，并当硝酸处理时间为0.5h时体系性能达到了最优：例如复合材料的电阻率，当CNTs的添加质量分数为1.5%时，硝酸处理的CNTs和只经纯化处理的CNTs所制备体系的电阻率降低分别为9个和8个数量级。

喻光辉等[10]通过原位聚合获得聚氨酯/CNTs体系，并利用超声波提高两者相容性。数据表明，超声过程对于CNTs在体系内的均匀分散起着关键的作用。当CNTs添加质量分数为2%并辅助30min超声处理，与单纯的聚氨酯相比，所获复合体系的拉伸强度增强11.6%，断裂伸长率增加10.4%，拉伸弹性模量提高11.3%；当加入CNTs质量分数为0.5%，获得体系的电阻率下降明显，已满足抗静电材料条件。Xu等[11]在聚氨酯基体原料中掺入CNTs获得具导电性且密度极低的复合超轻材料，其密度为0.05g/cm3，电导率为43×10-5S/m，减重率高达96.2%，在飞行器及汽车的电器设备上有较强的潜在应用。同时还观察到了复合材料因为密度变化而在绝缘体与导体两种状态中转变的现象，材料因为密度的增大，实现了由绝缘体变化为导体的过渡。

在改善聚氨酯物化稳定性方面，CNTs也表现出了有益的增强特性，同时适当的CNTs化学预处理步骤对于聚氨酯/CNTs稳定体系制备过程起着非常重要的作用，样品性能改善明显。张岚等[12]原位聚合混合酸处理多壁CNTs/聚氨酯体系。结果表明，混合酸处理后CNTs分散性更好，其主要原因为复合过程中因酸化产生的极性羧基。在聚氨酯基体中加入CNTs令玻璃化温度（Tg）与储能模量有所提高。同时由于酸处理过程抑制了CNTs在体系中的团聚情况，对基体的性能增强效果明显较好。Kuan 等[13]研究水性聚氨酯/ CNTs体系，对CNTs有效的表面有机化处理令其与基体两者间界面结合强度提高，并在聚氨酯基体中能够获得很好的分散性。数据显示，聚氨酯中添加CNTs后，体系的物理性能增强，热稳定性与拉伸强度都得到了非常明显的提升。吕君亮等[14]研究聚氨酯/CNTs体系，对比了超声波辅助原位反应、超声+偶联剂协同处理后原位反应聚合法得到的两种体系样品。研究结果表明，经过超声波与硅烷偶联剂协同处理的原位聚合复合体系，相对于只简单超声波辅助分散预处理的聚氨酯/碳纳米管体系在微观组织结构融合性上表现更好，而对于拉伸模量与强度等相关力学性能方面具有更好提升，同时复合材料在导电性方面也得到了有效增强。

1.2 聚氨酯/石墨烯（graphene）复合材料

石墨烯具有碳原子六边形排列形成的单层二维片状微观结构，尽管2004年才被首次报道，因独特分子构成而具有的优异电导性、极高的机械强度、高透明度和载流子迁移率等特点，迅速在其单体本身及相关复合材料领域引起了人们的极大关注[15-16]。目前石墨烯/高分子复合材料研究还处于初期阶段，而新型聚氨酯/石墨烯无机纳米复合体系对有机基体结构性能及功能性，如压电性能、形状记忆性能与光学性方面体现出的显著增强令此类材料体系在短时间内成为了聚氨酯基复合材料研究热点之一。相关报道还指出，片层结构的石墨烯本质亲水性及亲油性均不理想，比表面积过大导致在有机质中难以获得纳米级均匀分散，与聚氨酯基体间的相互作用力也较弱，因此研究者们在石墨烯的改性预处理方面也做了大量的尝试。

聚氨酯种类繁多，而目前的研究报道多数是关于热塑性聚氨酯基体与水性聚氨酯基体的。Yadav 等[17]研究了功能化石墨烯纳米片（f-GNP）增强的热塑性聚氨酯复合体系。石墨烯纳米片在亚硝酸异戊酯环境下通过与4-氨基苯乙醇的重氮化耦合反应获得功能化有效改性，后通过原位聚合法与聚氨酯形成了化学键合的稳定聚氨酯/石墨烯复合体系。测试结果显示，有机改性增强了石墨烯与聚氨酯微观层面的相互作用，功能化石墨烯的加入令复合体系在力学性能、热稳定性以及形状记忆方面均有明显的提高：石墨烯质量分数2%的复合体系杨氏模量较纯有机基体增强10倍；热分解温度提高30℃；体系的形状记忆功能回复程度达到了96%。Choi 等[18]研究了功能化石墨烯片尺寸及加入量对于热塑性聚氨酯物理性能的影响，在厚度相当的条件下，当石墨烯片平均尺寸为2.4μm 与8.3μm时，对应体系的渗滤阀值分别为1.41%与0.39%（质量分数），复合体系的渗滤阀值随着石墨烯片尺寸变大而降低。而在力学性能方面，随着石墨烯片加入量的增加，聚氨酯/石墨烯体系的正割模量也相应提高，但复合体系的断裂拉伸率与拉伸强度随着石墨烯片的增加有所降低。微观结构显示，由于大尺寸石墨烯与聚氨酯界面结合程度较小尺寸石墨烯差，并随加入含量增加程度更为严重，因此上述力学性能上的变化趋势在大尺寸石墨烯掺杂样品中表现更为明显。Kim等[19]制备了硅烷化水性聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合体系，并考察了不同氧化石墨烯加入量对体系性能的影响。测试发现，氧化石墨烯通过溶胶-凝胶反应与水溶性聚氨酯形成化学键合，在制备过程中既有多功能交联剂作用，亦有增强剂的作用。性能方面随着氧化石墨烯加入量增加，复合体系在接触角、玻璃化温度、硬度和拉伸强度方面均有提高，加入质量分数为1.0%时体系性能达到峰值；而当加入量进一步增加时，氧化石墨烯因出现团聚现象而导致性能下降。

除常规的石墨烯增强聚氨酯复合结构材料外，在功能器件材料方面，弹性聚氨酯泡沫压敏导电复合体成为新型重要的研究对象。Yao等[20]设计并实现了一种新型的弹性聚氨酯/石墨烯压电材料，制备过程为聚氨酯海绵泡沫在胶体溶液中吸附氧化石墨烯干燥后通过还原、140℃水热反应2h，最后通过高压处理样品形成具有微观断裂结构的聚氨酯/石墨烯复合体系。弹性聚氨酯基体中均匀分布石墨烯导电中心，无受力状态下微观断裂部分导电性能差，受压变形引起原断裂结构重合获得导电性能提高，压力释放后即回复原状态，由此实现具有高灵敏度压电性能的泡沫聚氨酯/石墨烯复合材料，并在此基础上制备出新型低成本的压阻式压力传感器。上述压电材料灵敏度高、制备方法简单廉价、器件循环压电性能稳定，体系具有非常好的工业前景。Hodlur 等[21]在高孔隙度的弹性聚氨酯泡沫表面通过石墨烯自组装技术制备了具有弹性好、压缩性强、均匀度好等特点的高压敏导电性能聚氨酯/石墨烯复合体系，表征结果表明，石墨烯在聚氨酯基体表面两者以强化学键结合；而在压电性能的测试中，当压力仅由1个大气压增加至1.52个大气压条件下，对应的电流强度变化跨越了5个数量级，压力灵敏度高达4×105/大气压。此复合材料将在灵敏度要求较高的化学、生物传感器中有很大应用潜力。

2 聚氨酯/小分子纳米氧化物复合材料

2.1 聚氨酯/纳米SiO2复合材料

纳米SiO2存在表面骨架不规则结构与高能量活性基团，活性团可深入到基体分子链的不饱和键处，从而达到更好的有机基质修饰效果。纳米SiO2分散在聚氨酯结构中，可显著提高基体的力学性能、弯曲性和延展等性能。制备方面，纳米SiO2粒子易团聚性[22]需要特别注意。虽然无机纳米粒子的高比表面积令其在有机质基体中存在分散不均问题，一般需要前期的增容性预处理步骤，但因不同尺寸、各种特性的原料纳米SiO2均易取得，令聚氨酯/SiO2体系的制备方法较为灵活。除去常用的sol-gel制备、原位生成、物理共混外，预聚体、微乳液制备、浇注法等也被用于上述复合体系的获得。同时聚氨酯/ SiO2的体系相对单纯，利于通过各种表征手段对复合特性进行更系统的理论性分析。

Qiu等[23]以紫外光固化原位反应水性聚氨酯丙烯酸酯（UV-WPUA）后，再通过与正硅酸乙酯（TEOS）的溶胶-凝胶过程获得UV-WPUA /SiO2低聚物涂层，并研究了TEOS加入量对SiO2分散性及复合体系物理与力学性能的影响。表征显示SiO2纳米颗粒在体系中均匀分散，复合体系硬度、抗张强度及玻璃转化温度均有所提高，当TEOS加入质量分数为0.5%时，体系获得了最佳的防水性能。Goda等[24]通过sol-gel法合成并研究了嵌段聚氨酯/纳米SiO2体系。样品荧光分析光谱显示，SiO2在一定质量分数范围内，复合材料结构有序排列，但在聚氨酯硬链段与SiO2的交叉区域中，SiO2的作用表现为抑制硬链段部分的重新排列过程，并因掺入的纳米SiO2增多而呈现硬链段的再排列温度上升，材料的耐热性增强。

周树学等[25]用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH750）对无机粒子进行预处理，对比了共混聚氨酯/纳米SiO2涂膜与原位聚合同体系性能。数据表明，KH750的预处理令纳米SiO2在一定程度上改善了纳米粒子的团聚现象，但无机粒子尺寸仍然达到了微米级，相对而言，原位聚合法由于黏度低而体系均匀性较优。但在性能方面，随加入粒子在一定范围内的上升，原位聚合法对体系的提高作用并不明显，涂膜的摆杆硬度、显微硬度均较共混法偏低。体系在采用共混法制备、粒子加入量为3%条件下的复合体系综合性能方面达到最佳。Chen 等[26]通过研究上述原位与共混两种合成方法获得水基聚氨酯/纳米SiO2体系的特点发现，前者制备所得纳米颗粒在有机基体中相对于共混法体系均匀性较好，而分解温度更高，热稳定性更强。

刘少兵等[27]获得的弹性聚氨酯/SiO2体系通过预聚体法合成，纳米SiO2在弱酸性环境下通过Al(OH)3溶液预处理并以超声波辅助制备过程提高了粒子在聚氨酯弹性体系中的均匀性，数据显示，Al(OH)3的外层包覆令纳米粒子加入量在一定范围内（最佳质量分数为3%）与PU有机质基体的结合性增强，相容性提高。经改性与超声辅助制备，基体中SiO2的纳米效应可在体系中充分发挥，表现为体系撕裂强度与硬度、拉伸强度与断裂伸长率均有不同程度提高。

雷文等[28]的硬质聚氨酯泡沫/纳米SiO2复合材料体系通过浇注成型法制备，并考察了两种偶联剂处理的SiO2粒子于不同掺杂量条件下获得的样品在力学性能上的变化趋势。有机化SiO2粒子的复合一方面令体系弯曲强度和断裂伸长率一定程度下降；另一方面在压缩和冲击强度性能上有所提高，特别是弯曲模量明显提高50%，在基体性能提高方面较未有机处理过的PUR-R/纳米SiO2体系获得更大的改善。

2.2 聚氨酯/纳米TiO2复合材料

纳米TiO2是一种性能优异的功能性无机材料，随着颗粒尺寸的纳米级化、表面电子构成、电性特征和微观晶型结构的变化，TiO2除普通的纳米物理特性外，在光学及光化学方面表现出特别的光高效催化、紫外线屏蔽作用、颜色效应和光电转化效应、杀菌功能等。通过与TiO2纳米粒子的复合，令聚氨酯材料在多种性能方面达到了增强，并能有效适应于硬质泡沫、涂层等各种不同基体结构形态。

Charpentier等[29]利用二羟甲基丙酸（DMPA）与TiO2反应获得有机功能化纳米颗粒，进一步通过接枝聚合法获得了聚氨酯/纳米TiO2复合涂层。研究表明相对于未有机改性过的TiO2复合体系，功能化TiO2有效分散于有机基体中，并且与聚氨酯网络骨架形成稳定化学键合。聚氨酯/功能化纳米TiO2体系表现出良好的表面自净性能，同时还具有优异的光催化抗菌作用，AM1.5G光照条件下仅50min时长内复合涂层对大肠杆菌致死率达到99.5%。

Mahfuz等[30]制备了硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）/纳米TiO2复合材料体系，表征显示使用超声波辅助法令TiO2纳米颗粒在聚氨酯基体中微观分布更均匀，TiO2添加后的复合体系热稳定性、弯曲模量以及弯曲强度等力学性能都有明显的改善。

高四等[31]采用原位聚合法将纳米TiO2通过超声波辅助技术提高了粒子在聚氨酯基体中的分散性，制备获得TiO2颗粒改性的硬质聚氨酯泡沫。复合体系在纳米TiO2作用下增强增韧，并随着密度变大效应也相应增大。而聚氨酯/TiO2复合体系的冲击强度与压缩强度在TiO2颗粒加入量至7%～10%时获得峰值：相对于纯有机基体材料冲击及压缩强度分别增加了30%与20%。

刘福春等[32]研究了聚氨酯/纳米TiO2复合涂层体系的制备控制条件对光催化性能的影响。发现TiO2纳米粒子作为活性中心在有机聚氨酯中均匀分布，无明显团聚现象，得到的复合材料光催化性能较好，并且涂层的催化性能（反应速率常数）变化是随着颜基比即TiO2加入比例的增加而相应增大。

3 聚氨酯/层状硅酸盐体系

层状硅酸盐类因天然形成在二维方向可达到纳米级应用的层状晶体结构，在其与有机高分子的复合体系中明显表现出独具片层特点的优异性质令此类复合材料迅速成为研究热点。而自然界储量丰富的层状硅酸盐低廉的获得成本更是为这类复合材料提供了易于产业化的基础。主要以锂离子蒙脱土、海泡石与钠离子蒙脱土为代表的2∶1型黏土矿物的层状硅酸盐由于易被剥离、易进行表面修饰的原因已较多应用于二维纳米改性有机高聚物复合材料研究领域，此外，微观结构略有差异但同样具较高潜在应用价值的层状黏土还有绿泥石、高岭土等。上述2∶1型黏层状土矿物一般的晶体结构为在上下两片层硅氧四面体间以共价键方式结合一片层的铝氧八面体，本身具有较好的化学及热稳定性。而层间一般有Ca2+、Na+、Mg2+等活性较高且易被取代脱离的阳离子，从而具备与其他如无机金属离子[33]、阳离子染料[34]和有机阳离子型表面活性剂[35-36]等离子交换功能。片层结构受上述影响获得较好的膨胀性，因此通常的制备过程中黏土矿物可通过有机插层剂的交换步骤有效扩大片层空隙甚至被完全剥离达到纳米级片层，并表面被有机化改性，相容性更强，为后续复合反应提供非常有利的条件。聚氨酯有机基体大量均匀插入性能各异无机黏土层间，获得纳米级别化学融合形成的新型复合体系在吸附、催化、生物医学及特种功能材料方面均具有重要的潜在应用。由于无机层状硅酸盐独特的片层结构以及无机-有机普遍存在的相容性问题，一步法的直接复合基本难以实现，制备过程中原料前期处理非常关键，因此层状硅酸盐的表面改性过程也是研究的重要方面。

Danowska等[37]系统地考察了有机改性蒙脱土、合成层状硅酸盐、以蒙脱土为主要成分的铝层状硅酸盐吸附剂三种不同的蒙脱土纳米填料对硬质聚氨酯泡沫各方面力学及热性能的影响。结果表明，有机改性蒙脱土/聚氨酯体系表现出较其他两种类型蒙脱土更好的抗压性能、耐高温性及阻燃性与自熄性，并当加入量为9%时，该种复合材料表现出最佳的综合性能。

Barick等[38]通过熔体插层技术制备了热塑性聚氨酯/有机修饰蒙脱土（OMMT）复合材料，测试了有机层状硅酸纳米黏土对体系黏弹性的影响。由于纳米蒙脱土的加入，改变了基体微观结构连续性，动态流变测试结果显示两者的界面反应令体系低频区域动态模量G´在蒙脱土掺杂范围1%～9%内单调上升；材料复数黏度η*较纯基体有显著的提高。复合体系流变渗滤阈值加入量为5%。

Yao等[39]制备研究了聚氨酯/钠基蒙脱土体系。用改性聚醚多元醇、钠离子蒙脱土与改性过的MDI作基础反应物，采用改性聚醚多元醇插层钠离子蒙脱土的方法，原位反应获得了新型纳米复合聚氨酯/钠离子蒙脱土体系。数据显示，随钠基蒙脱土比例变大，测试样品拉伸强度呈上升趋势，并且在不高于基体软链段的玻璃化温度条件下样品储能模量性能对比纯聚氨酯基体高350%。

Tortora等[40]则以乙二醇、ε-己内酯与MDI为主要反应物，在酯化蒙脱土片层间插层后聚合，分三步获得了聚氨酯/有机蒙脱土，考察了蒙脱土质量分数变化（0～40%）对于体系微观形貌及性能的影响。测试得出，蒙脱土质量分数低的样品，其在体系中的微观结构状态呈现纳米级剥离型；而随着质量分数逐渐增加，当质量分数>20%时，蒙脱土/聚氨酯样品在力学性能方面明显减弱。

方少明等[41]研究了熔融插层获得的PUA/MMT复合体系。具体过程在聚氨酯丙烯酸酯（PUA）的熔点以上，通过机械方法加入了经季磷盐与盐酸混合溶液预处理的蒙脱土（MMT），获得聚氨酯丙烯酸酯/蒙脱土体系。数据显示，通过季磷盐预处理的蒙脱土其微观结构层间膨胀，是后续反应顺利进行的前提。复合提高了聚合物基体的分解温度及断裂伸长率，并且蒙脱土最佳质量分数为3%。

孙家干等[42]考察了聚氨酯原位插层纳米有机化高岭土的复合体系。当纳米高岭土加入质量分数3%时，质量分数体系达到最佳状态，测试样品的弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率数据分别为6.23MPa、29.3MPa与492%，其性能相对于纯聚合物基体体系提升至少10%，热分解温度亦相应提升；SEM结果显示，以体系高岭土质量分数3%为临界值，样品基体中掺杂物的微观形貌随含量增加由较理想的剥离形均匀分布转变为更独立的片层状结构并逐渐团聚。

4 其他聚氨酯/纳米复合材料

由于碳纳米材料、SiO2等小分子氧化物、层状硅酸盐复合聚氨酯材料展现有效的性能增强而成为了研究主流，其他无机纳米材料/聚氨酯的复合物也开始受到积极的关注，目前研究较多的还有聚氨酯/纳米SiC、聚氨酯/纳米CaCO3体系等。

Rybak等[43]报道了在SiC表面接枝聚苯乙烯（PS）链获得直径范围40～50nm被聚苯乙烯-SiO2包覆的SiC纳米线，后进一步与聚氨酯反应获得80μm厚度的聚氨酯/PS-SiO2-SiC纳米线复合薄片的制备方法，并研究了体系的电致应变性能。结果表明纳米线加入质量分数为2%时体系具有较好的均匀性；在外加10V/μm稳定电场下复合样品变形量为17.5%，达到纯聚氨酯体系的2.2倍，表明此复合材料在低电压微驱动方面有很大的应用潜力。

杨红艳等[44]研究了预聚体法制备的弹性聚氨酯/纳米CaCO3体系，先以TDI、MOCA、PTMG为反应物制备可进一步反应的聚氨酯弹性预聚合体，后在所得预聚体中溶入纳米CaCO3获最终复合体系。利用超声辅助和对无机材料的表面改性以提高粒子在复合材料中的分散效果，令体系的硬度和扯断伸长率都获得改善。性能测试数据显示，最佳力学性能制备条件为纳米CaCO3含量为4%，合成温度80℃。高勇等[45]制备硬质聚氨酯泡沫/纳米CaCO3复合材料并研究了体系阻尼因子与纳米材料掺入量之间的关系。样品的阻尼性能在纳米粒子含量增加的条件下，其背景内耗呈上升趋势，基体加入5%体积比的CaCO3后，体系在标准温度区间内的损耗因数均高于0.04，可作为硬质阻尼复合体应用。

5 结 语

无机类纳米级材料改性聚氨酯在掺杂量较低的情况下即可令复合物在原基体在结构性或功能性上得到明显增强。种类多样、特性各异的纳米材料在适宜的控制条件下获得的聚氨酯/纳米材料体系各方面有益的改善，极大地拓宽了聚氨酯在多行业的适用范围和应用价值，尽管目前遇到比较关键的问题在于研究大部分还处于基础实验或专利开发阶段，达到工业生产阶段的项目数量非常有限。接下来的研究应用方向及开发趋势则将聚焦在以下几方面。

（1）针对复合材料性能增强关键因素的体系相容性方面，进一步实现纳米材料在聚氨酯基体中更微观层次的连续均匀分布的制备方法。

（2）通过多样的系统表征手段进行聚氨酯基纳米复合材料微观相界面、反应机理方面的理论性研究，特别是一维以上纳米结构掺杂的复杂体系理论分析，使聚氨酯基复合体系制备的重复性及精确控制方面达到较高的标准，为新体系开发研究及成熟体系工业生产提供理论依据。

（3）掺杂材料选择种类、研究领域进一步延伸，发掘新型功能无机纳米材料改性聚氨酯体系以得到具有其他特种功能的复合材料；研究不同性能无机纳米材料的多元混杂增强技术，以获得各向异性或多方面优异综合性能的复合材料。

（4）寻求环境友好、产能率高、控制易行的聚氨酯/纳米复合材料合成途径，有效降低生产成本，令复合材料尽早步入工业量产阶段，为人所用。

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Research progress in polyurethane/inorganic nanomaterial composites

DAI Jun，CHEN Huanyi，WEI Lingzhi
（Institute of Applied Physics，Guangxi Academy of Sciences，Nanning 530003，Guangxi，China）

This article is aimed to summarize the latest worldwide research progress of polyurethane/ inorganic nanomaterial composites. The preparation methods，characteristics and analysis of major systems，including polyurethane/CNTs，polyurethane/graphene，polyurethane/nano-oxides and polyurethane/layered silicates were introduced respectively. The research trends of polyurethane/ nano-composite materials were also presented，i.e.，to further research preparation methods to make inorganic nanomaterial better nano-level dispersed in polyurethane base，to make the theoretical studies on microscopic interface and reaction mechanism of composite materials more in-depth，to further extend the optional types of inorganic nanomaterials，to develop the research fields of multiple composite system with excellent overall performance，and to simplify the complex system synthesis methods，so as to reduce production costs and accelerate the industrialization process of polyurethane composites.

polyurethane；composites；nanomaterials；dispersion

O 633.4

A

1000-6613（2014）09-2380-07

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.09.024

2014-03-12；修改稿日期：2014-03-31。

及联系人：戴俊（1986—），女，硕士研究生，工程师，研究方向是材料科学与工程。E-mail 0310djune@gmail.com。