Page 110 - 《精细化工》2023年第3期
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·566·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                 3D 打印技术的应用和发展以及人们对高端产                         并在此基础上将其应用于直写 3D 打印，研究不同
            品和智能材料的需求增加，极大地改变了制造业的                             的填充图案与填充率对 KH550/CB/WPU 复合材料
                [1]
            格局 。3D 打印制造简单、可打印复杂部件，已应                           导电性能的影响。
            用于制造各种功能器件，包括电子器件、生物医学
            器件和各种传感器等          [2-4] 。在这些功能器件中，柔性              1   实验部分
                                                  [5]
            导电材料起着基础性作用。柔性导电材料 本质上
                                                               1.1   原料、试剂与仪器
            是具有可拉伸性的导电材料，与传统的无机导电材料
                                                                   WPU-1926（文中称为 WPU），工业级，深圳市
            相比，其具有可穿戴性、便携性、优异的拉伸性和较                            吉 田 化 工有限 公司 ； CB （ 40B2 ，比 表面 积 为
                           [6]
                                           [7]
            佳的生物相容性 ，在柔性传感器 、电磁干扰屏蔽                            125 m /g，平均粒径为 23 nm，pH 为 8），欧励隆韩
                                                                    2
              [8]
                            [9]
            膜 、超级电容器 等方面展现出了巨大的应用潜力。
                                                               华公司；硅烷偶联剂 KH550，AR，山东优索化工科
                 水性聚氨酯（WPU）作为一种环境友好型高分                         技有限公司；聚氨酯增稠剂（612），叁金化工有限
            子树脂    [10] ，具有良好的黏弹性与耐磨性，并且安全
                                                               公司；无水乙醇，AR，天津市富宇精细化工有限公
            无毒，广泛应用于橡胶、胶黏剂、织物涂层等领                              司；去离子水，自制。
            域 [11-15] 。但与传统聚氨酯相比，大部分 WPU 的机                        Nicolet iS5 傅里叶变换红外光谱仪，美国赛默
            械性能、热稳定性以及导电性较差，且在潮湿环境                             飞世尔科技公司；MAIA 3 XMH 型扫描电子显微镜，
            中水解强度差       [16] 。为了克服这些缺点，通常在 WPU                泰思肯（中国）有限公司；PYris603190148 热重分
            基体中引入碳纳米管、黏土或石墨烯等无机填料来                             析仪，美国 PE 公司；PC68 型数字高阻计，上海第
            形成有机和无机杂化物，从而改善其性能                    [17] 。       六电表厂；Nano Zs90 马尔文激光粒度仪，英国马
                 炭黑（CB）是由烃类产品的不完全燃烧得到的                         尔文仪器有限公司；EM2.501 型万能试验机，深圳
            含碳无定形粉末，粒度小、比表面积大                   [18-19] 。作为    特斯麦特仪器设备有限公司；Z300 3D 打印机，北
            导电填料，在聚合物基体中良好的分散性是赋予聚                             京汇天威科技有限公司。
            合物导电能力的前提。而 CB 多数情况下是以聚集体                          1.2   制备
            状态存在，在填料中容易自聚             [20] 。为了改善 CB 的团         1.2.1  CB 的改性
            聚情况，通常对其进行接枝改性               [21] 、氧化改性   [22] 和       将 1 mL KH550  置于 3.6 mL 无水乙醇与 0.4 mL
            偶联剂改性      [23] ，使其在聚合物基体中能够更好地                    去离子水混合溶液中，超声分散 30 min，记为溶液
            分散。                                                A；称取 5 g CB 置于无水乙醇与去离子水混合溶液
                 因此，本文利用硅烷偶联剂 KH550 改性 CB，                     中（其中，无水乙醇 200 mL，去离子水 50 mL），
            采用共混法和流延浇铸法将 CB 均匀分散在 WPU 基                        记为溶液 B。随后将溶液 A 倒入溶液 B 中室温磁力
            体中，制备了 CB/WPU 与 KH550/CB/WPU 导电复                   搅拌 5 h，超声分散 30 min 后，进行真空抽滤，采
            合材料。利用 FTIR、DLS 和 SEM 对改性前后的 CB                    用无水乙醇与去离子水分别先后洗涤 3 次，放入烘
            进行了表征。将改性前后的导电 CB 粒子与 WPU 进                        箱中 80  ℃烘 12 h，即得到 KH550 改性 CB，命名
            行复合，研究导电复合材料的热性能、力学性能及                             为 KH550/CB。KH550 改性 CB 的化学反应式如下
            导电性能，确定了综合性能较好的复合材料参数。                             所示。












            1.2.2  CB/WPU 和 KH550/CB/WPU 复合材料的制备               为 0.2 cm），得到 CB/WPU 导电复合材料，制得产
                 将不同含量（0、0.5%、1%、2%、3%，以 WPU                   物分别命名为 CB 0 /WPU、CB 0.5 /WPU、CB 1 /WPU、
            质量为基准，下同）的 CB 与 WPU 混合，在真空环                        CB 2 /WPU、CB 3 /WPU。将不同含量（0、0.5%、1%、
            境下搅拌反应 4 h 后，通过超声去除气泡。随后，                          2%、3%，以 WPU 质量为基准，下同）的 KH550/CB
            将所制备的混合物倒入聚四氟乙烯板（13 cm×13                          与 WPU 进行复合，制备方法同上，制得产物分别
            cm×0.2 cm）中，使其自然流延，在室温固化 12 h                      命名为 KH550/CB 0 /WPU 、 KH550/CB 0.5 /WPU 、
            后，放入烘箱 50  ℃固化 10 h 直至干燥成膜（膜厚                      KH550/CB 1 /WPU、KH550/CB 2 /WPU、KH550/CB 3 /
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