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水性聚氨酯树脂是涂装领域中重要的成膜物,将水性聚氨酯与纳微碳材料复合,既能发挥聚氨酯漆膜的优异力学性能,又能赋予其功能导电性。然而实现纳微碳材料在水性聚氨酯基体中的高均匀分散一直未解决。针对该关键难题,论文首先采用超声辅助反应技术,完成了甲苯二异氰酸酯(TDI)对羟基多壁碳纳米管(MWCNTs)、氧化石墨烯(GO)共价改性,制备出异氰酸酯修饰的活性MWCNTs和GO。然后拟利用原位聚合法,制备出MWCNTs和GO共价杂化水性聚氨酯树脂,实现了纳米炭材料与水性聚氨酯的化学复合。采用电泳涂装工艺,制备出聚氨酯漆膜。该方案解决了MWCNTs或GO在水基树脂中易沉降的共性技术难题,纳微碳材料在改善聚氨酯电沉积涂料涂饰性能的同时,又赋予其较好的导电性。论文的研究内容主要由以下三部分工作构成。第一部分研究了TDI共价接枝氧化石墨烯、碳纳米管的制备与性能。采用超声波辅助反应技术,开展了甲苯二异氰酸酯对氧化石墨烯及羟基碳纳米管共价接枝,成功制备了异氰酸酯共价接枝的氧化石墨烯(NCO@GO)和碳纳米管(NCO@MWCNTs)有机改性碳材料。采用FTIR对NCO@GO和NCO@MWCNTs有机改性碳材料特征官能团进行了分析和归属;用热失重(TG)研究了NCO@GO和NCO@MWCNTs有机改性碳材料的热稳定性;透射电子显微镜(TEM)表征了NCO@GO和NCO@MWCNTs有机改性碳材料分散形态。结果表明,TDI与MWCNTs和GO共价接枝后,NCO@GO和NCO@MWCNTs有机改性碳材料在水性聚氨酯及其乳液中的稳定性得到提高,有效改善了氧化石墨烯和碳纳米管在水性聚氨酯及其乳液中的均匀分散性。第二部分探讨了基于原位聚合法水性聚氨酯/MWCNTs杂化电沉积树脂的制备、形态及性能。以自制的NCO@MWCNTs为反应物,采用原位聚合法,制备出MWCNTs共价杂化的水性聚氨酯树脂,与交联剂混合后得到MWCNTs共价杂化的水性聚氨酯电沉积涂料。采用红外光谱(FTIR)分析了MWCNTs改性前后及水性聚氨酯/MWCNTs电沉积树脂的特征官能团;热失重(TG)研究了MWCNTs/PU电沉积树脂的热稳定性;X射线衍射(XRD)方法计算了MWCNTs/PU电沉积树脂中MWCNTs的间距;透射电子显微镜(TEM)表征了水性聚氨酯/MWCNTs电沉积树脂的形态;电导率仪测试了漆膜的导电率,研究了MWCNTs添加量对水性聚氨酯漆膜外观和性能的影响。结果表明,随着MWCNTs用量的增加,水性聚氨酯漆膜的导电性、光泽度、硬度和耐酸性表现出先增大后降低的规律。当MWCNTs的质量分数为0.75%时,MWCNTs在水性聚氨酯树脂中表现出最好的分散稳定性,漆膜的导电性、光泽度、硬度和耐酸性等性能达到最佳。第三部分涉及氧化石墨烯接枝杂化水性聚氨酯树脂的制备、形态及性能。以自制的NCO@GO为反应物,采用原位聚合法,制备出GO共价杂化的水性聚氨酯树脂,与交联剂混合后得到GO接枝杂化水性聚氨酯电沉积涂料。采用FTIR分析了GO改性前后及GO/PU电沉积树脂的特征官能团;热失重(TG)研究了GO/PU电沉积树脂的热稳定性;X射线衍射(XRD)方法计算了GO/PU电沉积树脂中GO层间距的大小;透射电子显微镜(TEM)表征了GO/PU电沉积树脂的形态;采用电导率仪通过对漆膜导电率的测试,研究了氧化石墨烯含量对聚氨酯漆膜外观和性能的影响。分析结果表明,随着GO含量的增加,水性聚氨酯漆膜的导电性、光泽度、硬度和耐酸性表现出先增大后降低的规律。当石墨烯的质量分数为0.75%时,石墨烯在水性聚氨酯树脂及其乳液中具有最好的分散性,漆膜的导电性、光泽度、硬度和耐酸性等性能达到最佳。