光固化导电水性聚氨酯的制备及性能研究

发布时间：2020-07-09 10:28

【摘要】：随着环保意识的提高和国家环保法律法规的完善,普通涂料已不能满足人们的需求,特种涂料逐渐地出现在人们的视野当中。紫外光(UV)固化技术因其具有节能、环保、高效等优点,所以它在涂料行业得到了广泛的使用,同时,导电涂料作为一种防静电的特种涂料,也逐渐地出现在人们的生活和生产当中。综合考虑节能环保和对静电防护的问题,UV固化导电涂料因此受到了科学家们的广泛关注,同时也成为涂料行业研究的重点课题之一。本论文研究的内容主要分为两部分:第一部分采用预聚体法合成水性聚氨酯(WPU),然后向体系中加入DPHA/DPGDA,制备了UV-WPU,由红外曲线分析结果得出,DPHA/DPGDA被引入WPU体系中,在UV照射下,DPHA/DPGDA中的C=C发生了交联固化反应,证明实验成功的制备了UV-WPU。通过对UV-WPU机械性能、热性能、耐水性等性能的研究,发现当DPHA/DPGDA含量为40 wt%,固化时间为60 s,光引发剂184用量为0.16 wt%时,UV-WPU具有最佳的机械性能和热稳定性,拉伸强度高达21.03 MPa,热分解温度T_(max)高达586.31℃;同时UV-WPU也拥有较好的耐水性,吸水率低至3.75%。第二部分以PANI为导电填料,将PANI溶于去离子水中,然后与UV-WPU乳液共混,经UV固化得到导电WPU(UV-C-WPU)。红外曲线分析结果显示,PANI中的N-H与UV-WPU中的C=O以氢键的形式结合在了一起,成功的制备了UV-C-WPU。通过对涂膜导电性、防静电的研究,发现随着PANI含量的增大,涂膜电导率增大,静电半衰期减小;但是对涂膜的机械性能、热性能和耐水性的研究发现,随着PANI含量的增加,涂膜的拉伸强度逐渐下降,热稳定性变差,水接触角也逐渐减小。当PANI含量为10 wt%时,其综合性能最佳,涂膜的电导率为3.56×10~(-3) S/cm,静电半衰期为1.92 s,拉伸强度为19.03 MPa。
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ637
【图文】：

图 2-1 PETA、DPHA 和 DPGDA 的分子结构2.2.2 实验仪器及设备UV-WPU 涂料制备过程中所用到的实验仪器及设备型号如表 2-2 所示。表 2-2 实验仪器及型号名称 型号 厂家真空烘箱 DZG-6050 杭州卓驰仪器有限公司电热鼓风干燥箱 DHG-9240A 上海一恒科学仪器有限公司电子天平 PL303 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司超声分散机 KQ2200B 昆山市超声仪器有限公司恒温升降水油浴锅 HH-WO 郑州予创仪器设备有限公司搅拌器 51K90RA-CF 上海申顺生物科技有限公司紫外光固化机 SIM-UV1502 嘉兴市南工机械有限公司红外光谱分析仪 AVATAR-360 Nicolet 仪器公司

图 2-3A. UV-WPU 乳液及其膜的完整红外曲线图，B. UV-WPU 乳液及其膜的局部红外曲线图图 2-3 中图 A 是 UV-WPU 乳液和膜的完整红外曲线图，图 B 是 UV-WPU 乳液和膜的局部红外曲线放大图，其中 a 代表 UV-WPU 乳液的红外曲线，b 代表 UV-WPU膜的红外曲线。从图 A 的 a、b 曲线上可以看出，在 3350 cm-1处出现了 N-H 的伸缩振动峰，在 1720 cm-1出现了 C=O 的伸缩振动峰。在 1220 和 1151 cm-1处观察到了C-O-C 不对称的伸缩振动峰。在 1535 cm-1处观察到的是新形成的氨基甲酸酯的 C-N伸缩振动峰[52]。上述所有峰都是 PU 的特征峰，进而可以证实在实验过程中形成了WPU。对图 B 的 a、b 曲线进行观察可以发现，UV-WPU 乳液的红外曲线上在 1635、982和845 cm-1处都出现了 DPHA/DPGDA中C=C 的吸收峰，说明在实验过程中 WPU体系中成功引入了 C=C；反而 UV-WPU 膜的红外曲线上在这些位置的吸收峰都消失了，证明 C=C 在经紫外光照射后发生了交联聚合反应[53]。综上所述，本实验过程中成功的合成了 UV-WPU，在固化成膜时 C=C 发生了交联聚合反应，符合本实验的要求。

2.3.2 粒径分析本章在去离子水中对 UV-WPU 乳液进行了超声分散，然后用动态光散射粒度分析仪对其粒径进行了测量，得到的数据曲线如图 2-4 所示。图 2-4 DPHA/DPGDA 含量对 UV-WPU 乳液粒径的影响从图 2-4 中可以看出，随着 DPHA/DPGDA 含量的增加，UV-WPU 乳液的粒径也逐渐增大。当 DPHA/DPGDA 含量从 30 增加到 50 wt%，UV-WPU 乳液的粒径从 99.9增加到 108 nm，有个小范围的增加，这主要是因为当向 PU 体系中引入少量DPHA/DPGDA 时，没有紫外光的照射，DPHA/DPGDA 不能与 PU 以共价键的形式相互结合，由于它们的分子链相互缠绕在一起，所以当 DPHA/DPGDA 含量较小时，粒径有个小范围的增大[23]。但是当 DPHA/DPGDA 含量进一步增大时

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本文编号：2747326