異氰酸酯改性石墨烯的制備及其在導(dǎo)電涂層中的應(yīng)用.pdf

1、水性聚氨酯是以水為溶劑，具有安全環(huán)保、成膜性高、彈性強(qiáng)、耐磨耐溶劑性優(yōu)越等特點(diǎn)，是常見的織物涂層整理劑。水性聚氨酯在制備時(shí)引入了親水基團(tuán)，導(dǎo)致其涂層織物拒水性不佳；水性聚氨酯導(dǎo)電性不佳，其涂層織物抗靜電效果差。這些缺陷使得水性聚氨酯的應(yīng)用受到限制。石墨烯作為一種新型碳族材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和拒水性，將石墨烯改性水性聚氨酯是提高水性聚氨酯拒水抗靜電性的有效方法。但是石墨烯在水性聚氨酯中分散性不佳的缺點(diǎn)使得其性能得不到充分體現(xiàn)。將石墨烯功

2、能化改性，可以提高石墨烯在水性聚氨酯中的分散性，使得石墨烯的疏水性和抗靜電性在水性聚氨酯中得到很好地發(fā)揮。鑒于此，本課題合成了異氰酸酯改性石墨烯，將其與水性聚氨酯進(jìn)行復(fù)合，并將異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯應(yīng)用于滌綸織物的拒水、抗靜電涂層整理。研究?jī)?nèi)容分為三部分。
　　第一部分：石墨烯及異氰酸酯改性石墨烯的制備與表征。以天然石墨為原料，濃H2SO4、KMnO4為氧化劑，異佛爾酮二異氰酸酯為功能化改性劑，水合肼為還原劑，制備石墨烯及

3、異氰酸酯改性石墨烯（IMG）。探討了還原溫度、還原時(shí)間和還原劑用量對(duì)含氧基團(tuán)去除的影響，優(yōu)化了還原工藝，對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了傅里葉紅外（FTIR）、X射線衍射（XRD）、有機(jī)元素分析、X-射線光電子能譜（XPS）等表征，并對(duì)比研究了其熱穩(wěn)定性和分散性。結(jié)果表明，還原優(yōu)化工藝條件為還原溫度為95℃，還原時(shí)間為100min，還原劑與氧化石墨的質(zhì)量比為1:1；傅里葉紅外（FTIR）、X射線衍射（XRD）、有機(jī)元素分析、X-射線光電子能譜（XPS）

4、等測(cè)試分析表明產(chǎn)物結(jié)構(gòu)為石墨烯及IMG；與石墨烯相比，IMG的熱穩(wěn)定性略有降低，但在溶劑DMF中的分散性明顯增強(qiáng)。
　　第二部分：異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯的制備與性能研究。將IMG超聲分散在水性聚氨酯乳液中，得到IMG/水性聚氨酯乳液?？疾炝薎MG在水性聚氨酯膠膜中的分散性，并探討了IMG用量對(duì)乳液和膠膜性能的影響。結(jié)果表明，IMG能夠均勻地分散在水性聚氨酯膠膜中；隨著IMG用量的增加，乳液粒徑變大，膠膜的表面電阻率逐漸降低

5、，水接觸角逐漸增加，膠膜拉伸強(qiáng)度增加，斷裂伸長(zhǎng)率降低；膠膜熱穩(wěn)定性得到提高。研究表明，IMG/WPU，可以提高膠膜的導(dǎo)電性、疏水性，使其兼具良好性能。
　　第三部分：異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯的應(yīng)用研究。將自制的異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯乳液應(yīng)用于滌綸織物涂層整理。研究了IMG的用量對(duì)涂層織物表面電阻率、接觸角和撕破強(qiáng)力的影響，并通過涂層劑用量、焙烘溫度和時(shí)間等單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了涂層工藝，測(cè)試了涂層織物的性能，并與純水性聚氨

6、酯及石墨烯/水性聚氨酯涂層織物性能進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：隨著IMG用量的增加，涂層織物的表面電阻率降低，接觸角增大，撕破強(qiáng)力增大；涂層整理的最佳工藝條件為：涂層劑用量為10g/m2、焙烘溫度為160℃、焙烘時(shí)間為90s；當(dāng)IMG含量為1％時(shí)，涂層織物的表面電阻率達(dá)到8.78×108Ω，接觸角為116.88o，撕破強(qiáng)力為115.6N，靜水壓為4.8KPa；相對(duì)純水性聚氨酯，涂層織物的抗靜電性能得到明顯增大；與石墨烯/水性聚氨酯涂層織物相比，

7、IMG/水性聚氨酯涂層織物的拒水性、撕破強(qiáng)力和靜水壓得到較大幅度地提高，從而達(dá)到了涂層織物的抗靜電拒水性能。
　　石墨烯經(jīng)過異氰酸酯改性后，在水性聚氨酯膠膜的分散性增強(qiáng)；異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯膠膜的導(dǎo)電性、拒水性、力學(xué)性能以及熱穩(wěn)定性都有所提高；且將異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯用于織物的涂層整理能夠賦予織物良好的拒水、抗靜電性能。因而，本課題所制備的異氰酸酯改性石墨烯/水性聚氨酯涂層劑在滌綸織物功能性整理中具有較好的應(yīng)用