水性聚氨酯聚苯胺导电复合材料的制备及性能研究.pdf

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1、瞎压斜技大学论文题目：水性聚氨酯／聚苯胺导电复合材料的制备及性能研究学科门类：理学一级学科：化学培养单位：化学与化工学院硕士生：何凤导师：王海花副教授2014年5月TITLElIlllllllIIIllllllIlllll$IllIIIY2554355PREPARATIoNANDPRoPERTIESoFⅥ给TERBoRNEPoLYURETHANES／PoLYANILINECoNDUCTIVECoMPoSITESAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirement

2、fortheDegreeofMasterofScienceBy．F．．．．e．．．n．．．．e．．．．H．．．．．．e．．Supervisor：Prof．．H．．．．．．．．．．．．．．．．．．a．．．．．．．．．．．i．．．．．．h．．．．．．．．．．．．．u．．．．．．．．．．aWa——ng—May2014水性聚氨酯／聚苯胺导电复合材料的制备及性能研究摘要水性聚氨酯具有无毒、不易燃和无污染等优良特性，并具有优良的成膜性能和力学性能，分子结构和性能可通过调节原料的组分及链段的长度来进行控制，己在诸多领域得到广泛应用。目前国内外对水性聚氨酯的研究主要聚焦在对其改性使其功能化。聚苯胺具有较高的电

3、导率、对环境友好，以及独特的掺杂机制等优点，但可加工性不强，限制了其发展。本文将水性聚氨酯与聚苯胺的优势相结合，成功制得水性聚氨酯／聚苯胺(wPm／PANi)复合导电材料，是水性聚氨酯在功能性领域发展的重要探索。本论文通过在水性聚氨酯分子链上接枝共聚聚苯胺(PANI)制备了系列WPU／PANI复合导电材料。论文共分为三个部分：第一部分为阳离子水性聚氨酯／聚苯胺(CWPUmANI)导电复合材料的制备及性能研究；第二部分为磺酸基水性聚氨酯／聚苯胺(SWPU／PANI)复合导电材料的制备及性能研究；第三部分以CWPU作为导电纤维的掺杂剂，通过原位氧化聚合法在纤维表面进行苯胺(aniline)聚合，制

4、备出天然纤维／PANI复合导电纸。此外将自制醇酸树脂(AR)与CWPU／PANI、SWPU／PANI复配，制得纸张涂布用水性导电涂层，将其用于纸张表面涂布，制得系列涂布导电纸。(1)以聚乙二醇(PEG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料，以氮甲基二乙醇胺(MDEA)为亲水扩链剂，加入苯胺单体反应一段时间，以去离子水分散，加氧化剂氧化苯胺单体聚合，制得系列CWPU／PANI导电复合材料。研究了PEG分子量、氧化剂种类及用量、pH、苯胺含量、苯胺聚合温度等因素对CWPU／PANI复合膜电阻率的影响。实验结果显示：在苯胺质量百分数为10％、苯胺单体反应2h、苯胺聚合温度为5℃、以过硫酸铵(APS

5、)为氧化剂且n(APS)／n(aniline)=0．8、pH为1．5～2的最佳条件下，CWPU／PANI导电复合材料表面电阻率可到达最低值O．81Q·cm。FTIR图谱表明CWPU与苯胺反应生成脲键，当PANI含量在一定范围时，聚苯胺与CWPU分子间的氢键作用随苯胺含量的增大而增强，复合导电膜的电阻率下降。热稳定性分析结果表明PANI的引入提高了复合膜的热稳定性并且复合膜的高温热稳定性随苯胺含量的增加而增强。透射电子显微镜(TEM)结果表明PANI改性后的CWPU／PANI乳胶粒刚性增强。扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)显示，苯胺聚合后的导电复合膜表面粗糙度下降。紫外．可见(，

6、UV-visible)光谱中双极化子跃迁峰分别出现在近420nm和近900nm处，说明聚苯胺分子内醌环消失，生成完全掺杂的聚苯胺。(2)以2,4一二氨基苯磺酸钠(DASS)取代CWPU／PANI制备工艺中的亲水扩链剂MDEA，采用相同的制备方法合成了系列磺酸基水性聚氨酯／聚苯胺(SWPU／PANI)导电复合材料。研究了PEG分子量、氧化剂种类及用量、pH、苯胺含量、苯胺聚合温度等因素对SWPU／PANI复合膜电阻率的影响。实验结果显示：在苯胺质量百分数为20％、苯胺单体反应2．5h、苯胺聚合温度5℃、以过硫酸铵(APS)为氧化剂且n(APS)In(aniline)--1、pH为1．5-2的最佳

7、条件下，SWPU／PANI导电复合材料表面电阻率可到达最低值O．21Q·cm。红外光谱表明随着PANI量的增加，SWPU原有的氢键结构被破坏，SWPU分子与PANl分子间亦反应生成了脲键，并且SWPU的特征吸收峰被表面吸附的聚苯胺掩盖，苯胺环的特征吸收峰出现，并随苯胺量的增加而增强。透射电镜(TEM)表明经PANI改性后，SWPU／PANI乳胶粒粒径变大，且粒子间相互分散。AFM、SEM结果显示苯