阳离子水性聚氨酯/聚吡咯/天然纤维复合导电材料的制备及性能

摘要

本文主要研究内容是以阳离子水性聚氨酯表面活性剂（CPUS）作为掺杂剂，制备聚吡咯/天然纤维复合导电材料。采用预聚体法合成了阳离子水性聚氨酯表面活性剂，并通过硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）对其进行改性，将聚氨酯接枝到聚吡咯与天然纤维上，合成导电纤维，并将其抄造成导电纸。本课题主要内容如下：
　　（1）改变亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺（MDEA）的含量，以预聚体法合成了一系列阳离子水性聚氨酯表面活性剂，利用红外光谱（FTIR）和核磁共振谱（NMR）对 CPUS的化学结构和组成进行了分析。并通过动态光散射(DLS)、透射电镜（TEM）、表面张力仪、粘度仪及荧光光谱法等系统研究了MDEA用量对CPUS表面张力、临界胶束浓度、流变性、胶束的尺寸、微极性和聚集状态的作用。TEM表明，CPUS胶束呈球形核壳结构。随着MDEA含量的增加，CPUS水溶液表面张力和临界胶束浓度（cmc）呈先减小后增大的趋势，其最低值分别为39.54 mN/m和1.99 g/L，胶束的平均粒径和分布系数逐渐减小。当浓度低于 cmc时，光散射强度较低且变化缓慢，当浓度高于 cmc时，光散射强度呈现逐渐增长趋势，胶束聚集数逐渐增加。随着MDEA含量的增加，乳液粘度增加，胶束间的相互作用增强，假塑行为减弱。荧光光谱法表明随着CPUS浓度增加，I1与I3的比值从1.8减小到1.3，I338与I334的比值从0.5增大到1.7，表明胶束内部的微环境发生了很大的改变，越来越多的芘探针进入到CPUS胶束内部。随着MDEA含量的增加，胶束微极性和形成难度先减小后增加。
　　（2）改变KH550的含量，通过预聚体法合成了KH550改性阳离子水性聚氨酯表面活性剂（KCPUS），利用红外光谱和核磁共振谱对KCPUS的结构和组成进行了分析。并通过动态光散射、透射电镜、表面张力仪、粘度仪及荧光光谱法等系统研究了 KH550用量对 KCPUS表面张力、临界胶束浓度、流变性、胶束的尺寸、微极性和聚集状态的作用。TEM表明，KCPUS胶束有粘连，有核壳结构。随着KH550含量的增加，KCPUS溶液的表面张力和临界胶束浓度逐渐减小，其最低值分别为39.68 mN/m和1.32 g/L，胶束平均粒径及分布系数先减小后增大。当浓度低于 cmc时，光散射强度较低且变化缓慢，当浓度高于 cmc时，光散射强度呈现逐渐增长趋势，胶束聚集数逐渐增加。随着KH550含量的增加，乳液粘度增大。荧光光谱法表明随KCPUS浓度增加，I1与I3的比值从1.8减小到1.14，I338与I334的比值从0.45增大到1.64，表明胶束内部的微环境发生了很大的改变，越来越多的芘探针进入到KCPUS胶束内部。
　　（3）红外光谱、元素分析以及X-射线电子能谱（XPS）结果表明CPUS2和 KCPUS2分子已成功接枝到聚吡咯分子链上。聚氨酯表面活性剂在纤维中的吸附行为表明随着电荷密度的增大，聚氨酯表面活性剂的饱和吸附量降低。与原纸（NF）相比，SEM和AFM结果表明导电纸表面明显有聚吡咯。热重结果表明导电纸热稳定性稍有提高。通过测导电纸电阻率发现 CF3和KCF3的导电性能较好，其电阻率分别为63 kΩ?cm和5.6 kΩ?cm。导电纸的力学性能结果说明其抗张指数较原纸明显变小。

目录

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目录

1 绪论

1.1 导电高分子

1.2 导电聚吡咯

1.3 导电纸

1.4 高分子表面活性剂

1.5 水性聚氨酯表面活性剂

1.6 本课题的研究目的、意义及主要内容

2 阳离子水性聚氨酯表面活性剂的合成及性质

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 测试与表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

3 KH550改性阳离子水性聚氨酯表面活性剂的合成及性质

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 测试与表征

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

4 阳离子水性聚氨酯表面活性剂对导电纤维的掺杂作用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 测试与表征

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 结论

5.1 总结

5.2 创新点

5.3 进一步的工作

致谢

参考文献

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