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聚苯胺及其衍生物聚2,3-二甲基苯胺的制备与性能研究

刘兴敏  
【摘要】:聚苯胺(PANI)因其具有颜色变化多、循环可逆性好、聚合过程简易、化学性质稳定和苯胺(An)单体价格便宜等特点,被认为是最具有应用前景的电致变色材料之一。 目前,用于电致变色层的基底材料通常是氧化铟锡(ITO)透明导电材料,由于ITO导电膜具有电导率低,导电层耐介质性较差等缺点,因此,直接在ITO导电膜上制备的PANI不仅量少且分布不均匀。 为了克服ITO膜导电性差,耐介质性差所导致的PANI镀层不均匀且量少等缺点,本实验预先在镍基板上涂覆聚乙烯醇(PVA)膜,通过电化学法制备聚苯胺/聚乙烯醇(PANI/PVA)复合膜,再将该复合膜剥离后覆于ITO导电塑料上,考察了其电致变色性。通过循环伏安和交流阻抗测试,确定了电化学法制备PANI/PVA复合膜的工艺条件。实验结果表明:当nSSA/nH2SO4 =1:1,搅拌速率为200 r/min,激发电压为1.10 V~1.15 V,激发圈数为4圈,镀膜电压为-0.2 V~0.8 V,镀膜圈数为20圈时,复合膜的电活性最高。与直接在ITO导电塑料上制得的PANI膜相比,本实验制得的PANI/PVA复合膜显示出较好的电致变色性能。 PANI作为最具商品应用价值的导电高分子材料,其另一重要用途就是在金属防腐领域作为防腐添加剂来使用。PANI防腐涂料具有独特的抗划伤和耐点蚀性能,成本低廉,对环境无污染。但是,由于PANI分子链骨架的刚性强,分子链间相互作用力大,导致其溶解加工性能较差,对其实际应用造成了极大限制。通过环取代的方法降低PANI链的刚性,减小分子链间的相互作用力,被认为是改善PANI溶解性和加工性的有效途径之一。有资料表明,与吸电子基取代相比,供电子取代基对PANI的防腐改性效果更佳。 因此,本文以An的一供电子取代衍生物2,3-二甲基苯胺(2,3-DMA)为单体,采用溶液法制备了聚2,3-二甲基苯胺(P(2,3-DMA))。通过循环伏安、塔菲尔和相对粘度测试,探讨了引发剂(APS)用量、掺杂酸(HCl)用量、反应时间及反应温度对产物性能的影响,并通过XRD、SEM、TGA和FT-IR对产物的结构进行了表征。实验结果表明:当APS与单体的摩尔比为2:1,HCl与单体的摩尔比为1:1,反应时间12 h,反应温度25℃时,产物的各项宏观性能指标最好;同时,与本征态聚苯胺(EB)的结构和性能对比分析结果表明,虽然P(2,3-DMA)的结晶性和热稳定有所下降,但其溶解性和防腐性能却有显著的提高。


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