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

摘要

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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目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2聚苯胺简介

1.3聚苯胺衍生物概述

1.4本课题的研究目的、意义及主要内容

2 实验部分

2.1实验原料

2.2实验仪器设备

2.3实验操作

2.4产品结构及性能测试

3 乳液法合成聚2,3-二甲基苯胺及其性能研究

3.1 Fe2+用量的选择

3.2复合氧化剂用量的选择

3.3乳化剂用量的选择

3.4反应时间的选择

3.5 不同氧化剂(APS/Fe2+和 APS)条件下所制备的 P(2,3-DMA)的聚合速率、结构及性能比较

3.6本章小结

4溶液法合成聚2,3-二甲基苯胺及其性能研究

4.1 Fe2+用量的选择

4.2复合氧化剂用量的选择

4.3 pH 值的选择

4.4反应时间的选择

4.5 不同氧化剂(APS/Fe2+ 和 APS)条件下所制备的 P(2,3-DMA)的聚合速率、形貌、结构及性能比较

4.6本章小结

5不同方法制备聚2,3-二甲基苯胺的性能和工艺比较

5.1电化学性能比较

5.2聚合时间和产率比较

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录