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聚苯胺以其原料便宜,合成简便,耐高温及抗氧化性能良好,成为目前导电高分子材料研究领域的热点之一。特别是掺杂态聚苯胺,因具有导电性和优良的电致变色性, 在日用商品及高科技等领域有着极其广泛的应用前景。
一般来讲,纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等三大效应,能够很好的改善材料的物理和化学性能。针对聚苯胺的难溶解、难熔融等加工难点,制备纳米级的掺杂态聚苯胺是提高其加工实用性的有效途径。
本文在乳液环境中采用有机功能磺酸(盐)掺杂制备纳米聚苯胺。首先,研究了以下工艺条件:掺杂剂用量、氧化剂用量、反应体系pH值、反应温度和反应时间,并通过正交实验确定了最佳工艺条件。其次,采用四探针电导率仪、电化学工作站、红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪、透射电镜等现代分析测试手段对产品的电导率、腐蚀电位、微观结构、结晶性、热稳定性、粒径等性能进行了分析与表征。最后,将所合成的产品与目前国内的商品聚苯胺进行比较。在此基础上,优选和改进配方进行了聚苯胺合成的试生产。
结果表明,实验室合成的纳米聚苯胺电导率达到12.57S·cm-1,腐蚀电位为-0.392V,粒径15~40nm,热分解温度达到468.19℃,X 射线衍射仪分析表明其结晶度高,晶型相当规整。
试生产阶段合成的聚苯胺电导率达到2.67S·cm-1,粒径10~30nm,纯度为98.7%,掺杂率为48.5%,分散性能良好。
本文通过一系列实验室条件试验和试生产得出:不同掺杂剂对于聚苯胺的生产和性能的影响差异显著,如十二烷基苯磺酸钠掺杂制备的聚苯胺与磺基水杨酸掺杂制备的聚苯胺相比防腐性较好、其粉末与成膜物质共混时分散均匀,但是导电性较差且后处理相对复杂,因此针对不同的产品用途应采用不同的掺杂剂合成聚苯胺。与市场上现有的商品聚苯胺比较发现,采用本文各种工艺合成的聚苯胺在导电性、防腐性、粒径、热稳定性、分散性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。