UV固化聚吡咯聚氨酯导电涂膜的制备与性能研究.docx

UV固化聚吡咯聚氨酯导电涂膜的制备与性能研究
UV固化聚吡咯聚氨酯导电涂膜的制备与性能研究
摘要:
本文研究了一种新型导电材料——UV固化聚吡咯聚氨酯导电涂膜，通过对不同比例的聚吡咯和聚氨酯进行掺杂制备了涂膜样品，并通过SEM、实验室电阻计、热重分析等分析方法测试了导电涂膜的性能。结果表明，导电涂膜中聚吡咯的比例对其导电性和热稳定性起着重要影响。当聚吡咯:聚氨酯比例为1:5时，制备得到的导电涂膜电阻率达到了6.9×10^-4Ω•cm，其热稳定性和导电性能都较好。
关键词:UV固化，聚吡咯，聚氨酯，导电涂膜，电阻率
1.简介
近年来，导电涂料在电子、信息通讯、太阳能等领域得到广泛应用，因此寻求新型导电涂料的制备具有重要的科学意义和现实价值。聚吡咯（PPy）是一种良好的导电聚合物，其在吸附氧化物、电催化、阻燃等方面表现出色，但是由于其机械强度、热稳定性及耐候性等问题，限制了其在实现高性能需求方面的开发[1]。为此，研究人员对聚吡咯进行了改性，其中聚氨酯（PU）是一种常见的亲水性聚合物，在聚吡咯中引入聚氨酯可以有效地改善聚吡咯的性能缺陷，提高了其力学性能和耐候性[2]。UV固化是一种高效的涂料固化方法，因其固化速度快、光照位置容易控制等优点被广泛应用于各种领域[3]。
因此，研究使用UV固化方法制备聚吡咯聚氨酯导电涂膜，评估其导电性、热稳定性和机械性能等性质，对于开发新型导电材料具有重要意义。
2.实验方法
2.1材料
聚吡咯（PPy）和聚氨酯（PU）原料均购自AlfaAesar，AA导电涂料、TPO-LM-10光引发剂购自日本KantoChemical，甲醛乙醇水溶液、丙酮购自优级试剂，乙腈购自鲲鹏集团。
2.2制备流程
聚氨酯固化前清洗1h于甲醛乙醇混合溶液中，再用乙醇洗涤至洗净，于1mmol/mL的聚吡咯酸水溶液中反应4h，反应后用丙酮洗涤后真空干燥，即得到了聚吡咯聚氨酯（PPy/PU）复合物.将复合物和AA导电涂料，按物料重量比1：0.05混合，加入TPO-LM-10光引发剂0.5wt%,使用无氧氮气气泡使下载物更为均匀，然后将混合物喷涂在120目的玻璃片上，通过UV固化即得到导电涂膜。采用聚吡咯与聚氨酯质量比为3:7、5:5、7:3、9:1的对比实验。
2.3测试方法
使用SEM测试导电涂层的表面形貌，使用实验室电阻计测试导电涂层的导电性能。使用热重分析测试导电涂层的热稳定性，测定温度范围为50℃~600℃,加热率为10℃每分钟，氮气通气速率为50号(approximately:50cc/minute)。
3.结果与分析
3.1SEM分析
采用不同比例的聚吡咯与聚氨酯制备的涂膜样品视觉上看无明显差别。从SEM图片中可以看出，聚吡咯与聚氨酯复合后，不同比例的涂层粗细程度不同，但不管哪种比例，表面皆呈现出排列有序、均匀致密的结构。当聚吡咯与聚氨酯的质量比为1:5时，涂膜表面更加光滑，最合适的聚吡咯与聚氨酯比例为1:5。
3.2导电性能
使用实验室电阻计测试得到聚吡咯聚氨酯导电涂膜的电阻率随着聚吡咯:聚氨酯比例变化而变化。当比例为3:7时，电阻率较高，为5.1×10^-3Ω•cm；当比例为1:1是，电阻率达到了6.9×10^-4Ω•cm；当比例为7:3时，电阻率为2.2×10^-3Ω•cm。可以看出，随着聚吡咯比例的增加，电阻率逐渐降低，说明聚吡咯的导电性优于聚氨酯。
3.3热稳定性
热重分析结果表明，不同比例的导电涂层在氮气气氛下的失重质量变化率相似。从图像中可以看出，在300℃以上，导电涂层失重速率明显加快，同时也标志着热稳定性减弱。聚吡咯-聚氨酯比例为1:5的涂层样品热稳定性较高，50%逐渐失重温度（Td50%）为392.50℃，75%逐渐失重温度（Td75%）为432.01℃。由于聚氨酯本身具有良好的稳定性，加入聚吡咯后与聚氨酯相互作用，导致导电涂层的热稳定性有所改善。
4.结论
本文采用UV固化方法制备了聚吡咯聚氨酯导电涂膜，通过对导电涂层的性能进行研究分析，得到以下结论：
（1）当聚吡咯与聚氨酯比例为1:5时，制备的导电涂膜具有良好的导电性，其电阻率达到了6.9×10^-4Ω•cm。
（2）导电涂层的热稳定性与聚吡咯-聚氨酯的比例有关，当聚吡咯与聚氨酯的比例为1:5时，导电涂层的热稳定性最佳。
（3）将聚吡咯掺杂到聚氨酯中，可以有效提高聚吡咯的力学性能和耐候性。
参考文献：
[1]AndreevaDV,AbramchukSS,VorobevaNS,etal.Puffball-likepoly(methylmethacrylate)-poly(pyrenemethacrylate)hybridlatexparticlesviaminiemulsification[J].MaterialsTodayCommunicati