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纳米聚苯胺的合成、表征及应用研究

陈云  
【摘要】:导电聚苯胺作为一种新型的功能高分子材料,越来越受到科学家们的关注。这不仅是因为它具有合成方法简单、掺杂机制独特、环境稳定性良好等优点,而且它还具有广阔的开发与应用前景。但是聚苯胺的难溶解、难熔融、不易加工等特性阻碍了聚苯胺的实用化进程。 纳米材料的尺寸效应、量子效应、表面效应等赋予其特殊的物理性能和化学性能。因此将纳米技术引入导电聚苯胺的合成工艺中,可以使其集导电性和纳米颗粒功能于一体,能极大地改善导电聚苯胺的加工性。 本文用某种乳化剂与质子酸组成复合乳化剂,采用微乳液聚合法制备了纳米聚苯胺粒子。首先研究了该技术的工艺条件,如乳化剂用量、氧化剂用量、pH 值、反应温度、聚合时间等,并通过正交实验确定了最佳工艺条件。然后采用四探针电导率仪、红外光谱仪、X 射线衍射仪、热重分析仪、原子力显微镜、透射电镜等现代分析测试手段对产品的电导率、微观结构、结晶性、热稳定性、粒子大小、粒子分散性等性能进行了分析与表征,并讨论了聚合方法(微乳液法与常规乳液法)对聚苯胺性能的影响。结果表明,微乳液法合成的纳米聚苯胺与常规乳液法合成的非纳米聚苯胺相比,具有明显的优越性:粒径分布窄,95%的在10nm 以下,最大的不超过30nm;电导率较高,达到了3.2S/cm,提高了2 个数量级以上;在有机溶剂中的溶解度较高,其中在N-甲基吡咯烷酮中的溶解率达到了95%;X 射线衍射仪分析表明,纳米聚苯胺结晶度高,晶型更为规整;紫外可见光谱研究发现,纳米聚苯胺在可见光区有明显的蓝移,为制备透明的导电复合膜提供了可能。 本文对微乳液聚合法合成纳-米聚苯胺的实验室合成工艺进行放大试验后得出:微乳液法合成聚苯胺工艺在实际生产中需要使用大量乳化剂,导致破乳、过滤和纯化的困难,也产生了成本过高及工时长等一系列问题。为此,本文采取了提高单体与乳化剂的质量比以及有效回收残留母液中的丙酮循环使用等有效措施。不但解决了实际生产中分离与纯化的难题,而且大大降低了生产成本。与市场上现有聚苯胺商品的性能比较发现,采用本工艺合成的聚苯胺在粒径、电导率、成本等各方面都有明显的优势,具有广阔的市场开发与应用前景。 本文同时还探讨了纳米聚苯胺在防腐涂料中的应用以及导电性、环境稳定性较好的纳米聚苯胺/聚醋酸乙烯酯导电复合膜的制备。


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