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复合聚苯胺的制备与性能研究

朱丽娜  
【摘要】: 在众多共轭导电聚合物(如聚吡咯,聚噻吩)中,聚苯胺因其:a)原料易得;b)制备简单;c)稳定性较好;d)成本低;e)独特的掺杂机理;f)掺杂后具有良好的导电性能等极大的优势,成为材料科学研究的热点之一,并被认为是最有前途用于实际的功能高分子材料。通过20多年的研究,聚苯胺在金属防腐、传感器等各个领域都展示了诱人的应用前景,因而近年来受到普遍关注。在本文中制备了三类导电复合聚苯胺材料,并对它们的性能进行了较为深入的研究。 本工作的主要研究内容和结论包括以下几个方面: (1)分别用乙胺、丁胺和四丁基氢氧化铵作剥离剂剥离a-磷酸锆(a-ZrP),在剥离后的α-磷酸锆中以过硫酸铵(APS)为氧化剂,在酸性介质中原位聚合苯胺(An),合成了磷酸锆/聚苯胺复合材料。用红外(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、四探针电导率仪、扫描电镜(SEM)对复合材料的结构和性能进行了研究,研究结果表明剥离后的α-ZrP与PANi之间存在着一定的相互作用,不同剥离剂对α-ZrP/PANi复合材料的结构和电导率有明显的影响,剥离α-ZrP的层间距越大,越有助于电子在聚苯胺颗粒间的传导而使复合材料的电导率提高。 (2)一种新颖的高导电率导电聚苯胺复合材料通过使用苯胺(An)和层状苯膦酸锆(ZrPP)为原料,过硫酸铵(APS)为氧化剂,采用化学氧化聚合方法而制得。考察了ZrPP的含量对对聚苯胺复合材料性能的影响。使用了红外(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、四探针电导率仪、扫描电镜(SEM)等仪器分析手段,对复合材料的性能、结构和形貌进行了表征和分析。研究发现纳米复合材料的电导率随苯膦酸锆含量的增加而增加,当苯膦酸锆的含量达到40 wt%时,复合材料的电导率呈现最大值为1.625 S/cm。这些实验结果表明:对比纯的聚苯胺,苯膦酸锆的存在对复合材料的电导率有很大的影响,这说明苯膦酸锆和聚苯胺之间有相互作用。 (3)在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在的条件下,以过硫酸铵(APS)为氧化剂利用化学氧化聚合法在冰水浴环境中将苯胺(An)和邻甲苯胺(OT)共聚,为了达到制备溶解性较好、电导率相对较高的聚苯胺-邻甲苯胺的目的,保持其他条件不变,改变了An和OT的摩尔比,通过红外(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、四探针电导率仪以及溶解度的测定等技术手段对共聚物的结构和性能进行了分析,通过对比找到了制备共聚物的最优单体配比为1:1,并测得共聚物的最高电导率为0.754 S/cm。在不同有机溶剂中的溶解度相比纯聚苯胺都有提高,其中在DMSO中溶解度最大。


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