基于石墨烯_水性聚氨酯功能化合成革涂层的构建及性能研究

《基于石墨烯_水性聚氨酯功能化合成革涂层的构建及性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号Ｓ１２０３００３：ＢＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＴＹＦＳＥＮＣＣＨＮＯＧＥＲＳＩＯＣＩＥ＆ＴＥＯＬＹ博士学位论文ｉＤ’ｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒＤｏｃｔｏｒｓＤｅｇｒｅｅ基于石墨烯／水性聚氨酯功能化合成革涂层的构建及性能研究ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＧｒａｐｈｅｎｅ／ＷａｔｅｒｂｏｒｎｅＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＦｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄＳｙｎｔｈｅｔｉｃＬｅａｔｈｅｒＣｏａｔ

2、ｉｎｇｓ艳指导教师姓名：王学川教授罗晓民教授学科名称：轻工技术与工程论文提交日期：２０１８年０３月论文答辩日期：２０１８年０５月学位授予单位：陕西科技大学ｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｕ一＝＝—一ＪｔｍｍｍｍｍｍｍＢＳＢＢＢＳＢＳＢＢＢＢＢＫｊ＾ＳＳＳＳｍ申请工学博士学位论文论文题目：基于石墨烯/水性聚氨酯功能化合成革涂层的构建及性能研究学科门类：工学一级学科：轻工技术与工程培养单位：轻工科学与工程学院博士生：冯见艳导师：王学川教授罗晓民教授2018年05月Stu

3、dyontheConstructionandPerformanceofGraphene/WaterbornePolyurethaneFunctionalizedSyntheticLeatherCoatingsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringScienceByJianyanFengSupervisor:Prof.X

4、uechuanWang，Prof.XiaominLuoMay2018基于石墨烯/水性聚氨酯功能化合成革涂层的构建及性能研究摘要以纺织织物为底基，聚氨酯为涂层的合成革已有80多年的发展历史，广泛应用于人们生活中的各个方面。以溶剂型聚氨酯为主要原料生产的传统聚氨酯合成革，存在有机溶剂挥发和污染的问题。采用环保水性和功能化改性材料制备高性能多功能涂层是现阶段合成革行业重点发展的高新技术。水性聚氨酯（WPU）以水为介质，具有无毒、绿色环保的优势，但WPU存在着力学性能差、耐磨性差、不耐水解等问题。作为碳纳米材料领域的新星，石墨烯（G）具有

5、优异的力学性能和电学性能，可用于改善聚氨酯基体的力学性能、热稳定性、导电性能等，因此石墨烯改性水性聚氨酯成为科研工作者的研究热点，也是国家和行业可持续发展的需求。本课题基于“绿色环保”及提高产品附加值的理念，以生态功能化合成革涂层制备为出发点，围绕石墨烯、氧化石墨烯（GO）的功能化修饰及其对WPU的改性展开，构建一套可替代溶剂型聚氨酯的生态功能性涂层制备体系并研究成膜性能。整个研究涉及到WPU合成、GO的制备和功能化修饰、石墨烯/WPU复合材料、WPU干法和湿法凝固成膜机理等方面。课题重点研究内容有以下五个方面：（1）以PVP为分

6、散助剂配制稳定的石墨烯水溶液，采用溶液共混的方法制备G/WPU3751、G/WPU6156复合乳液，并分别通过干法成膜和湿法凝固成膜，研究了成膜结构与性能之间的关系，阐明了石墨烯/水性聚氨酯干法、湿法成膜机理。实验结果表明：当石墨烯添加量为WPU3751质量的1.0%时，石墨烯均匀分散在WPU中，复合膜拉伸强度达到20.19Mpa，较空白6膜增加了43.9%，断裂伸长率为388%；表面电阻率达到5.05×10Ω，较空白膜降低了5个数量级；成膜吸水率降低，成膜耐磨性显著增加。当石墨烯用量为WPU6156的0.8%时，延缓了凝固，使其

7、湿法凝固时间为6~7min；湿法成膜总体上力学较低，但拉伸强度较空白膜提高了97.8%，断裂伸长率提高了84.5%，表面电阻率降低了4个数量级；复合膜具有良好的透气性、透水汽性。研究发现石墨烯的添加对WPU成膜微观结构有明显的影响，适量的石墨烯添加可以改善WPU的力学性能和电学性能，提高涂层的耐磨性。（2）以IPDI、聚醚二元醇、GO、HPAE为基础原料，以DMPA为亲水I扩链剂，采用丙酮法合成出GO/HWPU，研究了GO用量对成膜性能影响。结果表明：采用改进的Hummers制得了层间距为0.83nm、片层厚度为1~2nm的GO。

8、FT-IR分析表明GO成功的接枝到了HWPU分子上；低含量GO可以在HWPU中较均匀的分散，没有聚集现象。当GO的含量超过0.8%后，开始出现团聚和凝胶。当GO添加量为0.6%时，复合材料的热性能有所提高；其成膜拉伸强度和断裂伸长率较纯HWPU膜分