聚氨酯基高介電常數(shù)復(fù)合材料的制備與表征.pdf

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1、第4期聚氨酯基高介電常數(shù)復(fù)合材料的制備與表征5聚氨酯基高介電常數(shù)復(fù)合材料的制備與表征吳聰聰王經(jīng)文陳濤魏楠李淑琴(南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南京，211100)摘要采用聚氨酯彈性體(PU)為聚合物基體，超高介電常數(shù)的酞菁銅齊聚物(CuPc)為添加物，通過(guò)化學(xué)方法將CuPc接到PU鏈上，制備高介電常數(shù)復(fù)合材料。TEM結(jié)果顯示，CuPc在PU中的分散性大大改善，顆粒尺寸約為20nm，約為CuPc和PU簡(jiǎn)單共混中CuPc粒徑的1／25。顆粒尺寸的減小大大增強(qiáng)了復(fù)合體系中界面交換耦合效應(yīng)，極大增加了復(fù)合材料的介電常數(shù)。在lOOHz時(shí)，CuPc含量為15wt的復(fù)合材料，

2、介電常數(shù)高達(dá)380左右。關(guān)鍵詞：聚氨酯彈性體酞菁銅齊聚物納米復(fù)合材料高介電常數(shù)電活性高分子(EAP)是一種新型的智能高分高介電常數(shù)的聚合物基復(fù)合材料上。目前提高聚合子材料，具有機(jī)電轉(zhuǎn)換功能[1]。這類(lèi)聚合物能夠在物基復(fù)合材料的介電常數(shù)比較常用的方法是直接在外電場(chǎng)誘導(dǎo)下，通過(guò)材料內(nèi)部構(gòu)造改變產(chǎn)生多種形聚合物基體中加入具有高介電常數(shù)的有機(jī)半導(dǎo)體填式的力學(xué)響應(yīng)的材料[23。具有高介電常數(shù)的EAP料。在有機(jī)半導(dǎo)體填料中，酞菁銅齊聚物(CuPc)具材料在執(zhí)行器、傳感器、高儲(chǔ)能電容器及人工肌肉等有超高的介電常數(shù)(K>10)[”]。WangJ．w等[H]領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用[3]。但是

3、，傳統(tǒng)的高分子材料為提高P(ⅧF_TrFE)與銅酞菁齊聚物(o-CuPc)復(fù)通常具有很低的介電常數(shù)(

4、8．854×10F／M)，K是介電倍。但CuPc與基體的相容性差，容易在聚合物基常數(shù)，E是施加的電場(chǎng)強(qiáng)度。材料功能類(lèi)似于執(zhí)行體中形成較大的顆粒，形成導(dǎo)電通道，從而降低材料器，即將輸入的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，根據(jù)能量守恒定的擊穿電場(chǎng)，介電損耗增加。因此，提高CuPc在聚律輸出的機(jī)械能是不可能大于輸入的電能的，因此，合物中的分散性是提升材料介電性能的關(guān)鍵。為獲取高彈性能密度，就要提高輸人材料的電能，從為了進(jìn)一步提高CuPc在聚合物基體中的相容而獲得高的sKEz／2，這意味著或者材料介電常數(shù)性，減小CuPc在基體中的粒徑，從而大大提高復(fù)合大，或者對(duì)其施加高電場(chǎng)強(qiáng)度[引。因此，為

5、了在保持材料的界面交換耦合效應(yīng)，提高復(fù)合材料的介電性高彈性能量密度的基礎(chǔ)上，有效地降低激勵(lì)電場(chǎng)的能。本研究通過(guò)化學(xué)方法，在PU預(yù)聚階段加入強(qiáng)度，制備具有高介電常數(shù)的高分子復(fù)合材料成為CuPc，使其與異氰酸酯基反應(yīng)，將CuPc接枝到PU近年來(lái)EAP材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[9-12]。分子鏈上，制備PU-g-CuPc納米復(fù)合材料。與簡(jiǎn)單因?yàn)榧兊木酆衔锏慕殡姵?shù)普遍較低，而且提的PU與CuPc共混物(CuPc／PU)相比，納米接枝高的潛力有限，于是人們將注意力轉(zhuǎn)移到制備具有復(fù)合材料中CuPc的顆粒尺寸大大減小，分散性顯基金項(xiàng)目：江蘇省自然科學(xué)基金(BK2009308)萬(wàn)方數(shù)據(jù)6

6、四川化工第14卷2011年第4期著提高，介電性能也顯著增加。膜(厚度50~100nm)。1．3性能表征采用BrukerVector一22型紅外光譜儀測(cè)定PUHOOC和PU-g-CuPc的紅外譜圖，觀測(cè)材料官能團(tuán)的變化HOOC情況。采用Bruker公司DRX-500型核磁共振波譜儀獲得H—NMR譜，溶劑為DMSde。通過(guò)核磁共HO0C振考察H在PU和PU—g-CuPc中的存在情況，確H0OC定官能團(tuán)上H的變化情況。采用H一7650型透射電鏡對(duì)納米復(fù)合材料切片HOOCCOOHHOOCCOOH進(jìn)行觀察，觀察添加物在PU基體中的分布情況及其顆粒尺寸大小。圖1CuPc的化學(xué)結(jié)構(gòu)

7、式采用阻抗分析儀4294A對(duì)PU，PU／CuPc和PU-g-CuPc復(fù)合薄膜的介電性能進(jìn)行測(cè)試。外加1實(shí)驗(yàn)電場(chǎng)頻率范圍在100Hz一100MHz之間。薄膜的介電常數(shù)K通過(guò)公式K—Ct／eoA進(jìn)行計(jì)算，式中C1．1實(shí)驗(yàn)原料為薄膜電容，e。為真空介電常數(shù)數(shù)值為8．85x10CuPc按文獻(xiàn)L15]方法合成。聚醚1618A：數(shù)均F／m。A為薄膜兩側(cè)蒸鍍金電極的面積尺寸，t為分子量M為5000，購(gòu)于南京奧斯化工有限公司，使薄膜的厚度。用前在120。C下抽真空除水2h；甲苯甲烷二異氰酸2結(jié)果與討論酯(TD1)，工業(yè)級(jí)，購(gòu)于BASF公司，經(jīng)減壓蒸餾后使用；1，4一