论文部分内容阅读
掺杂型水性聚氨酯导电涂料具有导电性能与成膜性能优良,制备工艺简单及对环境友好等优点,在织物的涂层整理中得到广泛应用。涂料中导电填料的导电性能及其在涂料中的分散性是决定涂料各项性能的关键因素,在众多研究中,通过对填料的结构性能进行改性修饰成为改善填料在涂料中的分散性的重要方法。本论文以两种途径对导电炭黑(CB)进行改性处理:以CB为芯材,以异氰酸酯(IPDI)为原料合成的聚氨酯(PU)为壁材,制备聚氨酯包覆炭黑的改性粒子(PU-CB);采用原位聚合的方法使聚苯胺(PANI)在聚合过程中沉积于CB表面,采用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、能谱仪、透射电子显微镜、热重分析仪、X-射线衍射仪、激光粒度分析仪等测试填料改性前后的结构性能,将改性填料应用于水性聚氨酯(WPU)导电涂料的制备,研究了不同填料类型、填料百分比对涂料性能的影响,并将涂料应用于织物的涂层整理,探讨其对涂层织物的导电性能与拉伸性能的影响,得出结论如下:1.研究表明,CB经改性后得到聚氨酯包覆的炭黑改性粒子,在m(CB):m(IPDI)=6:8反应条件下得到的改性粒子具有较好的包覆结构,粒子直径约为50~180nm;改性粒子中CB所占质量比约为37%,粒子电导率为1.2×10~-22 S/cm。相较于未改性CB,改性粒子的分散性能大大改善。2.PANI在聚合过程中沉积于CB表面,制得PANI与CB的复合导电填料,相较于PANI与CB单一材料的大量聚集状态,PANI-CB的结构较为疏松。PANI-CB的导电性能较未改性的CB有一定提高(PANI-CB电导率为8.4×10~-22 S/cm),其在水中的分散性较单一的CB与PANI的亦有所提升。3.相比于未改性的CB填料,改性后的填料在应用于水性聚氨酯涂料时,涂料具备更低的沉降率、更优的附着性能以及成膜性能。涂膜的SEM图显示,CB在涂膜中的聚集现象亦十分严重,相对而言,PU-CB在涂膜中的聚集较少,PANI-CB次之。涂膜的导电性能均随着涂料中填料百分比的增大而提高,CB/WPU涂膜能达到的最小体积电阻率为3.41×10~3Ω·cm,此时的m(CB)%=15%);PU-CB/WPU则为1.42×10~4Ω·cm,对应的m(PU-CB)%=10%;PANI-CB/WPU涂膜则为8.00×10~2Ω·cm,对应的m(PU-CB)%=8%)。填料的添加使得涂膜的拉伸性能较WPU涂膜有所下降。较低(<5%)填料的含量能在一定程度上增强涂膜的断裂应力,但随着填料百分比的增大,涂膜的断裂应力下降加快,其中,通过改性能减小填料对涂膜拉伸性能的影响。4.涂层织物的导电性能与涂膜大致相似,在填料百分比相同的条件下,PU-CB与PANI-CB的涂料能赋予织物更好的导电性能,其中PANI-CB/WPU涂层织物的电阻率为10~2Ω·cm,较CB/WPU涂层织物下降了4个数量级。由于WPU良好的力学性能,织物经涂层之后的拉伸性能有一定提高。