水性聚氨酯-聚苯胺導電復合材料的制備及性能研究.pdf

1、水性聚氨酯具有無毒、不易燃和無污染等優(yōu)良特性，并具有優(yōu)良的成膜性能和力學性能，分子結構和性能可通過調節(jié)原料的組分及鏈段的長度來進行控制，已在諸多領域得到廣泛應用。目前國內外對水性聚氨酯的研究主要聚焦在對其改性使其功能化。聚苯胺具有較高的電導率、對環(huán)境友好，以及獨特的摻雜機制等優(yōu)點，但可加工性不強，限制了其發(fā)展。本文將水性聚氨酯與聚苯胺的優(yōu)勢相結合，成功制得水性聚氨酯/聚苯胺(WPU/PANI)復合導電材料，是水性聚氨酯在功能性領域發(fā)展的

2、重要探索。本論文通過在水性聚氨酯分子鏈上接枝共聚聚苯胺(PANI)制備了系列WPU/PANI復合導電材料。論文共分為三個部分:第一部分為陽離子水性聚氨酯/聚苯胺(CWPU/PANI)導電復合材料的制備及性能研究;第二部分為磺酸基水性聚氨酯/聚苯胺(SWPU/PANI)復合導電材料的制備及性能研究;第三部分以CWPU作為導電纖維的摻雜劑，通過原位氧化聚合法在纖維表面進行苯胺(aniline)聚合，制備出天然纖維/PANI復合導電紙。此外將

3、自制醇酸樹脂(AR)與CWPU/PANI、SWPU/PANI復配，制得紙張涂布用水性導電涂層，將其用于紙張表面涂布，制得系列涂布導電紙。
　　(1)以聚乙二醇(PEG)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為原料，以氮甲基二乙醇胺(MDEA)為親水擴鏈劑，加入苯胺單體反應一段時間，以去離子水分散，加氧化劑氧化苯胺單體聚合，制得系列CWPU/PANI導電復合材料。研究了PEG分子量、氧化劑種類及用量、pH、苯胺含量、苯胺聚合溫度等因素對C

4、WPU/PANI復合膜電阻率的影響。實驗結果顯示:在苯胺質量百分數(shù)為10％、苯胺單體反應2h、苯胺聚合溫度為5℃、以過硫酸銨(APS)為氧化劑且n(APS)/n(aniline)=0.8、pH為1.5～2的最佳條件下，CWPU/PANI導電復合材料表面電阻率可到達最低值0.81Ω·cm。FTIR圖譜表明CWPU與苯胺反應生成脲鍵，當PANI含量在一定范圍時，聚苯胺與CWPU分子間的氫鍵作用隨苯胺含量的增大而增強，復合導電膜的電阻率下降。

5、熱穩(wěn)定性分析結果表明PANI的引入提高了復合膜的熱穩(wěn)定性并且復合膜的高溫熱穩(wěn)定性隨苯胺含量的增加而增強。透射電子顯微鏡(TEM)結果表明PANI改性后的CWPU/PANI乳膠粒剛性增強。掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)顯示，苯胺聚合后的導電復合膜表面粗糙度下降。紫外-可見(UV-visible)光譜中雙極化子躍遷峰分別出現(xiàn)在近420nm和近900nm處，說明聚苯胺分子內醌環(huán)消失，生成完全摻雜的聚苯胺。
　　(2)以

6、2，4-二氨基苯磺酸鈉(DASS)取代CWPU/PANI制備工藝中的親水擴鏈劑MDEA，采用相同的制備方法合成了系列磺酸基水性聚氨酯/聚苯胺(SWPU/PANI)導電復合材料。研究了PEG分子量、氧化劑種類及用量、pH、苯胺含量、苯胺聚合溫度等因素對SWPU/PANI復合膜電阻率的影響。實驗結果顯示:在苯胺質量百分數(shù)為20％、苯胺單體反應2.5h、苯胺聚合溫度5℃、以過硫酸銨(APS)為氧化劑且n(APS)/n(aniline)=1、p

7、H為1.5～2的最佳條件下，SWPU/PANI導電復合材料表面電阻率可到達最低值0.21Ω·cm。紅外光譜表明隨著PANI量的增加，SWPU原有的氫鍵結構被破壞，SWPU分子與PANI分子間亦反應生成了脲鍵，并且SWPU的特征吸收峰被表面吸附的聚苯胺掩蓋，苯胺環(huán)的特征吸收峰出現(xiàn)，并隨苯胺量的增加而增強。透射電鏡(TEM)表明經PANI改性后，SWPU/PANI乳膠粒粒徑變大，且粒子間相互分散。AFM、SEM結果顯示苯胺聚合后的的薄膜具有

8、更高的平整度。紫外-可見(UV-visible)光譜中雙極化子躍遷峰分別出現(xiàn)在近450nm和近950nm處，說明完全摻雜的聚苯胺含量較高。TG/DTG表明，PANI的引入，可提高SWPU/PANI的高溫熱穩(wěn)定性。
　　(3)以CWPU為摻雜劑，通過苯胺單體在纖維表面的原位化學氧化聚合，制備了系列導電天然纖維，并通過傳統(tǒng)的造紙工藝，制備了系列CWPU/PANI導電紙。研究了氧化劑用量和苯胺含量對CWPU/PANI導電紙電阻率的影響。

9、結果顯示:在紙纖維負載量一定的條件下，紙張電阻率隨苯胺含量的增大先減小后基本不變，隨著氧化劑用量增加電阻率先減小后升高。紅外譜圖表明CWPU/PANI與天然纖維有機地復合成導電纖維。SEM結果顯示過硫酸銨(APS)作為氧化劑的紙張表面聚苯胺的附著量較高;紙張電阻率隨苯胺含量的增大先降低后基本不變。
　　以自制醇酸樹脂乳液(AR)分別與CWPU/APNI、SWPU/PANI分散液復配后制得紙張表面涂布用水性導電涂層CWPU/PANI

10、-AR和SWPU/PANI-AR。研究了苯胺含量和復配劑用量對紙張表面電阻率的影響。結果顯示:紙張表面電阻率隨苯胺含量的增大先減小后慢慢增大，隨復配劑AR配比的增大而增大。紅外光譜顯示紙張表面存在與CWPU/APNI、SWPU/PANI復合導電薄膜一致的吸收峰。SEM結果顯示APS作用下的紙張表面平整度高，顏色均勻，其中SWPU/PANI-AR紙張的平整度高于CWPU/PANI-AR紙張。CWPU/PANI-AR、SWPU/PANI-A