功能化UV固化聚氨酯丙烯酸酯薄膜的制备与性能研究

发布时间：2017-08-19 15:01

  本文关键词：功能化UV固化聚氨酯丙烯酸酯薄膜的制备与性能研究

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【摘要】：紫外光(UV)固化聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂层由于其优异的抗磨损性、柔韧性和耐化学性,应用前景广阔。为了进一步扩展其应用领域,制备耐高温、高储能模量和良好电性能的PUA复合涂层成为必然,其中比较常用的方法是添加纳米材料制备UV固化纳米复合涂层。本文选择石墨烯作为纳米填料通过溶液共混添加到PUA低聚物中制备UV固化纳米复合薄膜并对其性能进行研究,同时,为了提高石墨烯在PUA复合薄膜中的分散性对石墨烯进行表面改性。首先通过四种不同的物质,即丙烯酸羟乙酯(HEA)、聚乙二醇2000(PEG-2000)、聚乙烯吡咯烷酮K-30(PVP)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对石墨烯进行改性,并对改性结果进行表征。通过红外光谱图可知,纯石墨烯边缘残留一些活性基团,改性后,改性剂与石墨烯发生相互作用。XRD和SEM图表明CTAB改性的石墨烯(CTAB-G)层间距最大,CTAB-G中包含很多剥离片状结构,因此改性剂CTAB改性效果较好。将四种不同的改性石墨烯HEA-G、PEG-G、PVP-G和CTAB-G添加到PUA低聚物中通过UV固化制备复合薄膜。XRD结果证明经UV固化后,纯PUA薄膜和PUA复合薄膜都是无序结构,没有结晶区域。SEM结果表明改性石墨烯CTAB-G在PUA复合薄膜中分散均匀。TGA结果表明PUA复合薄膜的热稳定提高,其中CTAB-G/PUA复合薄膜热稳定性提高显著。制备不同含量CTAB的改性石墨烯CTAB-G并研究阳离子表明活性剂CTAB含量对石墨烯的结构与形貌影响。XRD和SEM结果表明,当CTAB与石墨烯的质量比为2:3时,CTAB-G层间距最大,石墨烯大量剥离,堆积松散。CTAB-G与石墨烯的拉曼光谱图表明CTAB的加入使得石墨烯有序性下降,边缘产生一些缺陷,这些缺陷有利于石墨烯在聚合物中的分散。另外,石墨烯经过改性,层数减少。之后将CTAB与石墨烯质量比为2:3的改性石墨烯CTAB-G作为填料并按照不同质量比添加到PUA低聚物中。红外光谱结果表明经过UV固化后,基体树脂中C=C、=CH2红外吸收峰消失,表明聚合物固化反应完全。石墨烯/PUA-0.5薄膜和CTAB-G/PUA-0.5薄膜的TEM图显示,CTAB-G在PUA复合薄膜中的分散性提高。纳米复合薄膜的TGA、DMA和宽频介电阻抗谱仪的分析结果表明,PUA纳米复合薄膜的热稳定性、储能模量、介电性能和导电性均有较大提升。当CTAB-G质量分数为1%时,CTAB-G/PUA-1.0复合薄膜的起始分解温度Td比纯PUA薄膜提高了41°C、Tg提高4.44°C、储能模量提高显著、介电常数约是纯PUA薄膜的2倍,电导率约为50倍(频率为1 kHz),功能化UV固化纳米复合薄膜表现出优异的综合性能。
【关键词】：UV固化 PUA 改性石墨烯 纳米复合薄膜 介电性能
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TQ630.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 引言11-12
• 1.2 UV固化涂料体系12-18
• 1.2.1 UV固化机理12-13
• 1.2.2 UV固化涂料体系的组成13-18
• 1.2.2.1 低聚物13-14
• 1.2.2.2 光引发剂14-17
• 1.2.2.3 活性稀释剂17-18
• 1.3 功能化聚氨酯丙烯酸酯涂层进展18-22
• 1.3.1 聚氨酯丙烯酸酯混合体系19-20
• 1.3.2 聚氨酯丙烯酸酯纳米复合涂层20-22
• 1.4 功能化石墨烯及其复合材料的进展22-26
• 1.4.1 功能化石墨烯进展22-23
• 1.4.2 石墨烯/聚合物纳米复合材料进展23-26
• 1.4.2.1 原位聚合法23-24
• 1.4.2.2 溶液混合法24-25
• 1.4.2.3 熔融共混法25-26
• 1.5 本论文研究内容及意义26-28
• 1.5.1 本论文研究意义26-27
• 1.5.2 本论文研究内容27-28
• 第二章 表面改性石墨烯的制备与研究28-37
• 2.1 引言28-30
• 2.2 实验部分30-33
• 2.2.1 实验材料及试剂30
• 2.2.2 实验仪器及设备30-31
• 2.2.3 改性石墨烯的制备31-32
• 2.2.4 分析与表征32-33
• 2.2.4.1 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)32
• 2.2.4.2 广角X射线衍射(XRD)32
• 2.2.4.3 扫描电子显微镜(SEM)32-33
• 2.3 结果与讨论33-36
• 2.3.1 改性石墨烯的结构分析33-35
• 2.3.2 改性石墨烯的形貌分析35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 不同表面改性剂的石墨烯/PUA复合薄膜研究37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-40
• 3.2.1 实验材料及试剂37
• 3.2.2 实验仪器及设备37-38
• 3.2.3 复合薄膜的制备38-39
• 3.2.4 分析与表征39-40
• 3.2.4.1 广角X射线衍射(XRD)39
• 3.2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)39
• 3.2.4.3 热重分析(TGA)39-40
• 3.3 结果与讨论40-43
• 3.3.1 复合薄膜的结构形貌分析40-42
• 3.3.2 复合薄膜的热稳定性分析42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 CTAB-G/PUA纳米复合薄膜研究45-69
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-50
• 4.2.1 实验材料及试剂45-46
• 4.2.2 实验仪器及设备46
• 4.2.3 实验步骤46-48
• 4.2.3.1 不同比例CTAB-G的制备46-47
• 4.2.3.2 制备CTAB-G/PUA纳米复合薄膜47-48
• 4.2.4 分析与表征48-50
• 4.2.4.1 广角X射线衍射(XRD)48
• 4.2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)48
• 4.2.4.3 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)48-49
• 4.2.4.4 拉曼光谱仪49
• 4.2.4.5 透射电子显微镜(TEM)49
• 4.2.4.6 热重分析(TGA)49
• 4.2.4.7 动态机械分析仪(DMA)49
• 4.2.4.8 介电和导电性能分析49-50
• 4.3 结果与讨论50-68
• 4.3.1 改性石墨烯结构与形貌分析50-59
• 4.3.2 UV固化PUA纳米复合薄膜的结构分析59-61
• 4.3.3 UV固化PUA纳米复合薄膜的热稳定性和动态热机械性能表征61-65
• 4.3.4 UV固化PUA纳米复合薄膜的介电性能和导电性能表征65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 全文总结69-70
• 参考文献70-81
• 攻读硕士期间已发表的论文81-82
• 致谢82-83

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4 司e，

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