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聚苯胺(PANI)由于具有结构多样化、良好的环境稳定性以及优良的电导率等特点,在二次电池、电致变色、电磁屏蔽、金属防腐等领域有着广阔的应用前景。但由于PANI链上存在苯环,链间氢键相互作用以及电荷离域效应,导致聚合物链刚性较强,高度不溶不熔,难以加工应用,严重阻碍了其在各个领域的大规模推广应用。因此,改善PANI材料的可加工性是实现其大规模应用的技术关键。
本论文首先采用乳液聚合方法,选择了可塑性较好的乙烯基做基质,以十二烷基苯磺酸(DBSA)做乳化剂和掺杂剂,过硫酸铵(APS)做引发剂在水相中合成出了P(MMA/MAA/BA)共聚乳液,将乳液在玻璃基片上涂膜,干燥,发现当体系中MMA/BA的质量比为3/2时,其具有良好的成膜性能,且所成的膜光滑、平整。GPC测试结果表明,共聚物分子量约为11万左右且分布较窄,已具有良好的力学性能。采用扫描电镜、红外光谱、光电子能谱、热重等分析手段对其进行表征,结果表明:聚合物具有良好的热稳定性,采用乳液聚合方法制备P(MMA/MAA/BA)共聚物是一种有效、可行的方法。
在P(MMA/MAA/BA)共聚乳液的研究基础上,采用原位乳液聚合方法在P(MMA/MAA/BA)共聚乳液中直接原位聚合聚苯胺,得到了聚苯胺/乙烯基聚合物复合材料乳液、薄膜及复合材料纳米粒子,并通过SEM,FT-IR,UV-Vis,XPS,GPC,TGA等分析手段对复合材料进行了表征。结果表明:当体系中苯胺质量分数低于3%时,复合材料具有良好的常温成膜性能。所得复合材料粒径尺寸大约在70~130nm之间,表面电导率可达到10-4~lO-5S/cm,具有良好的抗静电性能。通过XPS分析得到了复合材料中PANI的氧化和掺杂程度;TGA结果表明:复合材料热稳定性良好,并且可以在熔融加工条件下不分解。
此外,本文采用电化学方法、扫描电镜等分析测试手段研究了PANI/P(MMA/MAA/BA)复合材料对金属铁片的防腐蚀保护性能,研究结果表明PANI/P(MMA/MAA/BA)复合材料具有优良的防腐性能,因此可作为新型的防腐涂料来开发应用。
本论文研究工作有效改善了聚苯胺复合材料的可加工性能,所得到的乳液复合材料和原位复合粒子很容易制备成复合材料薄膜或热塑性薄膜,便于实现规模化的生产。同时,解决了物理共混过程中PANI在基质中的分散性难题,获得的PANI/P(MMA/MAA/BA)复合材料结合PANI的导电性和P(MMA/MAA/BA)共聚物的可塑性于一体。实验证明,原位乳液聚合方法是制备具有优良加工性能导电聚合物材料的有效技术途径。