聚苯胺/纳米微晶纤维素复合材料的制备及其在涂布导电纸中的应用

摘要

导电纸是一种新型功能纸，不仅具有传统纸张的轻量、原料丰富以及绿色环保等优点，而且被赋予了良好的导电性能，在电子器件、储能材料以及防静电、电磁屏蔽材料等领域具有广阔的应用前景。事实上，纸浆纤维本身是不导电的，目前主要通过添加导电填料如碳基材料、金属及其氧化物和导电聚合物等赋予纸张一定的电化学性能。其中，以导电性高、稳定性优的导电聚合物作为导电填料应用到纸基材料中成为当前的研究热点。本论文通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺（PANI）/纳米微晶纤维素(NCC)复合材料，然后将其作为导电颜料配制导电涂料，并基于表面涂布法制备导电纸，系统研究了PANI/NCC复合材料的物化性能及其在导电纸中的应用潜力。　　首先，利用化学氧化聚合法制备PANI/NCC复合材料，并对其制备工艺进行了优化。在适宜的反应温度和反应时间下，当氧化剂过硫酸铵(APS)与苯胺(An)单体的摩尔比接近1:1，NCC含量为4wt％（相对于An的用量）时，复合材料具有较好的电导率(281S.m-1)。此外，聚合反应产物微观形貌表征显示，PANI附着在NCC表面，PANI的分散性得到改善;红外光谱与X-射线衍射分析结果表明，PANI的特征峰出现在复合材料中，NCC的添加并未改变PANI的结构和晶型，但对其峰的强度和位置产生了一定的影响;热重分析结果表明，NCC的添加导致复合材料的热稳定性有所降低。　　其次，以PANI/NCC复合材料为导电颜料，辅以高岭土、蒙脱土、胶黏剂、分散剂和其他助剂配制导电涂料，并对不同颜料配比以及NCC含量的涂料体系的流变性能进行了系统研究。结果显示，PANI/NCC复合材料含量的增加有助于提高涂料体系的表观黏度和动态黏弹性，同时，高岭土和蒙脱土的用量对涂料的流变行为也产生了一定的影响，但与PANI/NCC复合材料相比，其影响较小;此外，NCC的添加在一定程度上减少了PANI粒子的大量聚集，降低了涂料体系的表观黏度。　　最后，通过表面涂布工艺将导电涂料涂布在不同原纸上，并对涂布纸的导电性能、力学性能、微观形貌以及热稳定性进行了表征。结果显示，涂布纸的导电性能主要取决于PANI/NCC复合材料的含量，但同时也受到涂料体系中其他粒子作用的影响，与等份额的高岭土相比，蒙脱土作用下的涂布纸导电性能较好;此外，NCC的添加有助于改善涂布纸的导电性能和力学性能，与未含有NCC的涂布纸相比，含有2wt％NCC和8wt％NCC的涂布纸纵向抗张指数分别增加了9.8％和15.7％，其纵向耐折度分别提高了11.7％和33.3％;原纸和涂布纸的微观形貌和热重曲线分析表明，原纸的纤维被涂层完全覆盖，且经表面涂布后的原纸热稳定性有所提高。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1导电纸

1．1．1导电纸的制备技术

1．1．2导电纸的应用

1．2聚苯胺(PANI)

1．2．1 PANI的结构

1．2．2 PANI的导电机理

1．2．3 PANI的掺杂

1．2．4 PANI的合成方法

1．2．5 PANI的应用

1．2．6 PANI基复合材料的发展现状

1．3纳米微晶纤维素(NCC)

1．3．1 NCC的概述

1．3．2 NCC的制备工艺

1．3．3 NCC的应用

1．4本论文的研究内容

1．4．1研究背景及意义

1．4．2研究内容

第二章聚苯胺／纳米微晶纤维素复合材料的制备及其结构表征

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验原料与试剂

2．2．2实验主要仪器设备

2．2．3 PANI／NCC复合材料的制备工艺

2．2．4 PANI／NCC复合材料的表征

2．3．1 PANI／NCC复合材料制备工艺优化

2．3．2 PANI／NCC复合材料的微观形貌分析

2．3．3 PANI／NCC复合材料的FT-IR分析

2．3．4 PANI／NCC复合材料的XRD分析

2．3．5 PANI／NCC复合材料的热稳定性分析

2．3．6 PANI／NCC复合材料的形成机理

2．4本章小结

第三章导电涂料的制备及其流变性能的研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验原料与试剂

3．2．2实验主要仪器设备

3．2．3导电涂料的制各工艺

3．2．4导电涂料的流变性能测试

3．3结果与讨论

3．3．1颜料配比对导电涂料稳态流变性能的影响

3．3．2颜料配比对导电涂料动态黏弹性的影响

3．3．3不同NCC含量的PANI／NCC复合材料对导电涂料稳态流变性能的影响

3．3．4不同NCC含量的PANI／NCC复合材料对导电涂料动态黏弹性的影响

3．4本章小结

第四章涂布导电纸的制备及其性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验原料

4．2．2实验主要仪器设备

4．2．3涂布导电纸的制备

4．2．4涂布导电纸物理性能的检测与表征

4．3结果与讨论

4．3．1涂布导电纸的导电性能分析

4．3．2涂布导电纸的力学性能分析

4．3．3涂布导电纸的微观形貌分析

4．3．4涂布导电纸的热稳定性能分析

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2展望

参考文献

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢