聚氨酯/石墨烯导电涂料的合成及性能研究

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本论文采用化学还原法,利用硼氢化钠对氧化石墨烯进行还原处理,得到还原程度较低的石墨烯 P-GN,借助 FT-IR、XRD、UV-vis、Raman、元素分析对样品结构进行了表征。结果表明:制备了含有部分含氧官能团(-OH、-COOH等)的分散性比较好的石墨烯。通过溶液共混法制得了聚氨酯/石墨烯P-GN/WPU导电膜,并就P-GN的加入对 P-GN/WPU导电膜力学性能、耐水性、导电性的影响进行了研究,结果表明:与纯的水性聚氨酯膜相比,P-GN添加量为0.8wt%的时候,力学性能从29.6 MPa提高到37.4 MPa,提高了近30%,但P-GN的增加使P-GN/WPU导电膜的断裂伸长率有所降低。导电阈值石墨烯含量为1.2wt%,此后导电性能趋于稳定。在石墨烯的质量分数在1.6 wt%时,吸水率达到60.07%,涂膜溶胀程度最低。  利用IPDI改性了上述石墨烯,并通过原位聚合法制备了复合水性聚氨酯导电膜I-GN/WPU,借助拉伸测试、高阻测试等手段,探讨了加入的改性石墨烯I-GN的含量对I-GN/WPU导电膜力学性能、耐水性、电学性能的影响。结果表明:IPDI成功的接枝到石墨烯上,以此为基础合成的I-GN/WPU导电膜拉伸强度略有提高,添加量为0.5wt%的时候,力学性能从29.6 MPa提高到33.3 MPa,并且断裂伸长率也增大。当I-GN含量为1wt%时I-GN/WPU体积电阻率达到1.65×108Ω·cm,与纯水性聚氨酯膜相比提高了3个数量级,此后的I-GN/WPU导电膜的电阻率基本不变。在I-GN的质量分数在1.5 wt%时,耐水性能最好,为44.02%,耐水性增大一倍以上,涂膜溶胀程度最低。与共混法制备的涂膜相比,原位聚合法方法制备的I-GN/WPU导电膜在力学性能上略降低,在耐水性和导电性方面有较大的改善。  利用另一种绿色还原剂抗坏血酸(即Vc)对氧化石墨烯进行还原处理,得到还原效果比较好的石墨烯V-GN,借助FT-IR、XRD、UV-vis、Raman对样品结构进行了表征。结果表明:制备的V-GN仅含有少量的含氧官能团。通过溶液共混法制得了聚氨酯/石墨烯V-GN/WPU导电膜,并就石墨烯的加入对V-GN/WPU导电膜力学性能、耐水性、导电性的影响进行了研究。结果表明:溶液共混法合成 V-GN/WPU导电膜的拉伸强度略有提高,添加量为2wt%的时候,力学性能从29.6 MPa提高到38.2 MPa,但断裂伸长率有所减少,而 V-GN/WPU导电膜体积电阻率达到1.88×107Ω·cm,比纯水性聚氨酯膜增加了4个数量级,此后V-GN/WPU导电膜的电阻率基本不变。在 V-GN的质量分数增加到一定量后,耐水性基本不变,吸水率在81%左右,且溶胀程度降低,薄膜无明显变化。与前两种方法制备的导电膜相比,该方法制备的V-GN/WPU导电膜在力学性能和导电性方面有所提高,耐水性略有下降。
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