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聚苯胺(PANI)是一种导电性能优良的高分子材料,具有原料价格低、合成简单、导电率高、抗氧化性好、环境稳定性好等优点,已在纳米材料、二次电池、抗静电及电磁屏蔽材料等方面获得广泛应用,但是,由于PANI难熔难溶,加工性差,在很大程度上限制了其应用。因此,制备可加工性的PANI导电材料对于提高其应用有非常重要的意义。本文先是通过乳液共聚制备丙烯酸酯共聚物(P(MMA-BA))乳液,研究了影响乳液反应的因素;然后以P(MMA-BA)乳液为基体,采用原位乳液聚合法制备了聚苯胺/丙烯酸酯共聚物(PANI/P(MMA-BA))复合材料,研究了原位乳液反应中反应条件对PANI/P(MMA-BA)电导率的影响;对PANUP(MMA-BA)复合材料的结构、加工等性能进行了研究,并对复合材料在电磁屏蔽和抗静电方面的应用性能进行了研究。
首先以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为乳化剂,采用乳液共聚法制备了P(MMA-BA)乳液。研究了引发剂过硫酸铵(APS)、乳化剂SDBS、加料方式、搅拌速度、聚合温度等因素对单体转化率、凝胶率、乳液外观的影响。得出反应最佳条件为:MMA与BA质量比3:1,SDBS为单体的7%,APS为单体的3.5%,反应温度在75℃左右,反应时间5小时。此时单体转化率为96.1%,凝胶率为4.36%,乳白细腻,乳液蓝光明显,稳定性良好。
再以P(MMA-BA)乳液为基体,采用原位乳液聚合法制备PANI/P(MMA-BA)复合材料。研究了乳液PH值、氧化剂用量、苯胺含量、反应温度、反应时间对PANI/P(MMA-BA)复合材料导电性能的影响,得出复合材料电导率最佳反应条件为:PANI在复合材料中质量分数为33.3%,MMA与BA质量比为3:1,APS与苯胺(ANI)摩尔比为1:1.5,PH值为1,反应温度为10℃,反应时间为10h,所得复合材料PANI/P(MMA-BA)的电导率为1.472S.cm-1。
通过差示扫描、扫描电镜、X射线衍射手段研究了PANI/P(MMA-BA)复合材料的玻璃化温度、微观形态、结晶性能,结果表明,PANI/P(MMA-BA)复合材料具有玻璃化温度,复合材料粒子呈纳米尺寸,为纤维状,具有良好的结晶性。对PANI/P(MMA-BA)复合材料的电磁屏蔽性能进行了研究,发现当PANI/P(MMA-BA)中PANI含量为33.3%时,PANI/P(MMA-BA)屏蔽效果平均在21.3dB,最大达到25.3dB。研究了PANI/P(MMA-BA)复合材料抗静电性能,发现复合材料也可用于抗静电方面。
本研究工作的创新之处是将BA和MMA共聚制备乳液并与PANI形成PANI/P(MMA-BA)复合材料。通过改变MMA和BA比例,使PANI/P(MMA-BA)材料具有确定的玻璃化温度,热稳定性提高,改善了PANI的加工性,调节复合材料的力学性能,满足应用时力学性能要求。