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聚苯胺(PANI)是研究最早的兆轭导电高分子,其具有独特的氧化还原性,良好的热稳定性,合成简单,价格低廉,且通过掺杂可以使其导电性在绝缘体和导体之间转变,是一种优良的气敏材料和抗静电材料。
本文采用化学氧化聚合法,以苯胺为单体,过硫酸铵为氧化剂,在对甲基苯磺酸介质中,合成了五种掺杂量不同的聚苯胺。采用傅里叶红外光谱、紫外可见光光谱和热重分析仪对聚苯胺掺杂前后的结构变化和热稳定性进行了分析。以N-甲基吡咯烷酮为溶剂,用静电喷射的方法制备成气敏元件,探讨了喷射工艺参数对成膜形貌的作用,研究了掺杂酸溶度和喷射时间对膜形貌及气敏性的影响。结果表明,PANI的静电喷射最佳工艺参数为电压15kv,喷射距离为10cm,挤出速率为0.25ml/h;当掺杂酸浓度为0.2M时和喷射时间为4h时,气敏元件的氨敏性灵敏度最高,在室温150ppm氨气下灵敏度为23.1,响应时间20s回复时间为90s。
针对单一聚苯胺材料成纤性及强力差的缺点,采用静电纺丝技术制备了聚苯胺/聚氨酯(PANI/PU)纳米纤维非织造布,采用SEM和傅里叶红外光谱等测试手段研究了纺丝液体系、聚苯胺添加量对纤维形貌的影响,并探讨了聚苯胺添加量对PANI/PU纳米纤维非织造布透气、过滤、抗静电性能的影响。实验结果表明:采用静电纺丝方法可成功制PANI/PU纳米纤维非织造布,PU质百分比为8%,PU:PANI为10:1纺丝效果最佳;在最佳溶液体系下,研究静电纺丝参数对纤维形貌影响,得到最佳纺丝工艺参数为:纺丝电压为35kV,接收距离15cm,挤出速率6ml/h;添加一定量的聚苯胺可提高纺丝液电导率,有助于改善静电纺丝效果,降低纳米纤维直径,PANI/PU纳米纤维非织造布力学、过滤和抗静电性能均有所提高,透气性降低,其过滤效率高达99.9%以上,体积电阻率为107Ω·m,是一种高效抗静电过滤材料。