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本文以有机插层剂改性蒙脱土,制备有机蒙脱土。然后通过吡咯(Py)单体在蒙脱土层间发生化学氧化聚合的方法,制备了导电性聚吡咯/有机蒙脱土纳米复合材料,研究了各反应物配比和反应条件对复合材料电导率的影响。并将其作为导电添加剂与硅丙乳液复合,制备了水性硅丙抗静电涂料,研究了导电复合材料用量对硅丙涂层电导率和物理机械性能的影响,同时研究了涂料中分散剂和导电粒子的粒径对涂层的稳定性和导电性的影响。并用XRD、TG、FT-IR和SEM表征了聚吡咯纳米复合材料和硅丙抗静电涂层。主要研究内容及成果包括:
第一,以十二烷基二甲基苄基氯化铵(DDAC)、十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)和十六烷基溴代吡啶(CPB)为插层剂,对蒙脱土(MMT)进行有机插层改性,分别制备了OMMT-D、OMMT-O和OMMT-C。FT-IR分析结果表明,在OMMT-D、OMMT-O和OMMT-C的谱图中出现了C-H吸收峰,说明三种改性剂对蒙脱土的改性都是成功的。XRD结果表明,蒙脱土的层间距由1.23nm分别增加到OMMT-D、OMMT-O、OMMT-C的2.19nm、2.39nm和2.33nm。
第二,以对甲苯磺酸钠(TSANa)为掺杂剂,三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,使进入有机蒙脱土层间的吡咯发生氧化聚合,制备了具有良好导电性的聚吡咯/蒙脱土纳米复合材料。当FeCl3与Py的摩尔比为2.14,Py与有机蒙脱土的质量比为0.24,TSANa的浓度为0.023g.ml-1,在20℃反应6h时得到的PPy/OMMT-D、PPy/OMMT-O和PPy/OMMT-C复合材料的电导率分别可以达到2.57S.cm-1、3.07S.cm-1和4.75S.cm-1。XRD结果表明,吡咯单体在有机蒙脱土的层间氧化聚合反应,可以再进一步增加蒙脱土的层间距。在PPy/OMMT-D、PPy/OMMT-O和PPy/OMMT-C的谱图中1089cm-1处表示蒙脱土垂直层的Si-O伸缩振动峰减弱,PPy在3551cm-1处表示N-H伸缩振动的吸收峰在复合材料中发生位移而且减弱。TG结果表明:PPy/OMMT-D和PPy/OMMT-O复合材料中PPy的开始失重温度比纯的PPy分别提高了30℃和20℃,说明复合材料中聚吡咯的耐热性比纯聚吡咯的高。
第三,采用PPy/OMMT-D、PPy/OMMT-O和PPy/OMMT-C作为导电添加剂添加到硅丙(SCAR)乳液中,制备了水性硅丙抗静电涂料SCAR-PPy/OMMT-D、SCAR-PPy/OMMT-O和SCAR-PPy/OMMT-C。结果发现:SCAR的电导率是10-12S.cm-1;当导电填料添加量为3%时,SCAR-PPy/OMMT-D、SCAR-PPy/OMMT-O和SCAR-PPy/OMMT-C的电导率达到了10-9S.cm-1、10-10S.cm-1和10-6S.cm-1。当导电填料的含量小于9%时,涂层可以获得较好的物理机械性能。SEM结果显示三种导电填料都可以较好的分散在硅丙树脂中。加入分散剂对涂层的电导率和稳定性起到良好的作用。TG结果显示:SCAR-PPy/OMMT-D、SCAR-PPy/OMMT-O和SCAR-PPy/OMMT-C中SCAR开始失重温度都是在390℃,比SCAR的开始失重温度提高了40℃。因此PPy/OMMT复合材料的加入很好的提高了硅丙涂层的耐热性能。