APS/Fe2+复合氧化剂快速引发合成聚2,3-二甲基苯胺及其性能研究

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由于聚苯胺(PANI)具有独特的掺杂机制、优良的导电性和环境稳定性,一直是导电高分子领域中的热点研究对象之一。但PANI分子链间相互作用力大,骨架刚性强,导致其溶解和可加工性能较差,极大的限制了其在商业上的广泛应用。近年来,为了解决此问题,人们通过各种手段对其进行改性,以期达到改善PANI缺陷的目的。其中,在苯环上直接引入取代基,合成聚苯胺衍生物,能够有效改善PANI溶解加工性能。  聚2,3-二甲基苯胺(P(2,3-DMA)),作为PANI主要的供电子取代衍生物之一,与PANI相比,具有相似的共轭结构,同时,使其聚合物链的刚性降低,链间作用力减小,具有良好的可溶性和优越的防腐性,但是由于两个供电子取代基的引入,使单体的氧化电位下降、活性增加,导致其聚合困难。此外,在化学法合成聚苯胺及其衍生物的过程中,氧化剂对聚合进程、产物结构及其性能有重要的影响,因此,本文旨在以过硫酸铵(APS)和硫酸亚铁(FeSO4)为复合氧化剂(Comp),分别在乳液和溶液体系中,快速引发合成聚2,3-二甲基苯胺(P(2,3-DMA))。  以APS/Fe2+为氧化剂,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为乳化剂,制备P(2,3-DMA)。通过电化学测试,确定2,3-DMA的最佳合成条件,探讨Fe2+对2,3-DMA单体聚合速率的影响,并采用红外光谱(FT-IR)红外和X-射线衍射(XRD)对其结果进行了表征。结果表明:APS与Fe2+复合,有助于提高单体的聚合速度、产物掺杂度、电子离域程度及分子链规整度;当过硫酸铵(APS)与硫酸亚铁(Fe2+)的摩尔比(n(APS)/n(Fe2+))为10:1,复合氧化剂(Comp)与单体(2,3-DMA)摩尔比(n(Comp)/n(2,3-DMA))为3:1,乳化剂(SDBS)与单体(2,3-DMA)摩尔比(n(SDBS)/n(2,3-DMA))为0.8:1,反应时间为9 h时,产物的各项性能达到最佳;与单一氧化剂(APS)条件下合成的P(2,3-DMA)相比,复合氧化剂(APS/Fe2+)条件下制备的P(2,3-DMA),在电化学性能、产率及成本方面具有明显优势。  以APS/Fe2+为氧化剂,采用溶液法合成P(2,3-DMA),确定P(2,3-DMA)的最佳合成条件。结果表明:n(APS)/n(Fe2+)为3:1,n(Comp)/n(2,3-DMA)为1.5:1,pH=1,反应时间为10 h时,产物的各项性能达到最佳;扫描电镜显示,合成的P(2,3-DMA)为片状;OCP与FT-IR测试分别表明,APS/Fe2+引发单体聚合速率快,所的产物结构无显著变化。  在复合氧化剂(APS/Fe2+)条件下,与溶液法合成的P(2,3-DMA)相比,乳液法合成的P(2,3-DMA)具有较好的防腐性能和较高的产率。
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