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聚苯胺因具有电导率高、热稳定性好、易于合成、单体成本低以及独特的化学和电化学性能,成为最有应用前景的导电聚合物之一。但其难溶难熔,加工性能差,限制了其广泛应用。将聚苯胺与蒙脱石进行复合制备聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料可实现有机相与无机相在纳米尺度上的复合,不但可以克服聚苯胺加工性能差的缺点,还可获得许多新的优良性能。
基于聚苯胺的导电性及蒙脱石的可插层性,本文采用有机插层、单体引入和原位聚合法制备了导电型聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料。首先讨论了苯胺在不同pH值下的聚合情况,研究了产物及掺杂和脱掺杂后的光学吸收、凝聚态结构、电导率与pH值之间的关系,找到苯胺聚合反应合适的pH值。然后以有机蒙脱石和苯胺为原料制备导电型聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料,讨论各因素对复合材料电导率的影响。在此基础上,将聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料添加到氟树脂中制备导静电涂料,测定了涂层的相关性能。最后研究了有机单体在蒙脱石层间的化学反应过程,分析蒙脱石在聚合物纳米复合材料中的作用机理。
结果表明,聚合溶液的pH值对苯胺的聚合及所得产物的光学吸收、凝聚态结构及电导率影响十分明显。只有当pH≤l时才能合成电导率较高的聚苯胺,当pH值由4增加到0时,聚苯胺的电导率增加了9个数量级。通过实验得到了制备聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料的最佳条件:蒙脱石与苯胺的质量比为0.09,2mol/L盐酸的用量为50mL,20℃条件下反应6小时,所得复合材料电导率最大,达2.51S/em。将聚苯胺/蒙脱石纳米复合材料加入到氟树脂中制备导电涂层,综合考虑复合材料的加入量为氟树脂质量的5%-20%为宜,完全满足导静电涂料的要求。层间反应研究表明,苯胺单体成功进入到蒙脱石有机插层样品的层间域中,反应时苯胺迅速聚合使蒙脱石片层充分剥离。结合实验和相关研究,分析了蒙脱石在复合材料中的提高热稳定性、电导率及气液阻隔性的作用机理。这对于设计、制备高性能的聚合物/蒙脱石纳米复合材料及其进一步开发与利用具有重要意义。