纤维素-聚苯胺导电复合材料的非均相制备及其导电性能研究

摘要

本论文先利用稀酸活化法、超声法对纤维素进行预处理，再以预处理的纤维素为原料，利用化学氧化法在非均相体系中制备了纤维素-聚苯胺导电复合材料。采用傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描透射电镜(SEM)研究了复合材料的形貌和结构；热重分析(TGA)用于研究复合材料的热稳定性；复合材料的导电性采用四探针仪进行测定。为了研究预处理技术对纤维素-聚苯胺复合材料性质的影响，本论文将利用预处理纤维素制备的复合材料中聚苯胺含量以及材料导电性和未经任何处理的纤维素制备的复合材料(Composites prepared with cellulose untreated，简称CCU)中聚苯胺含量和材料导电性进行了比较。此外，为了进一步提高纤维素-聚苯胺二项复合材料的导电性，本论文向其中引入纳米银粒子，即制备了纤维素/银/聚苯胺三项导电纳米复合材料，并对纳米银增强复合材料导电性的机理进行了探讨，主要内容和结论如下：
　　 1．稀酸活化法非均相制备的纤维素-聚苯胺复合材料中，聚苯胺大部分是以薄片状的形式沉积在纤维素表面。由于表面聚苯胺的保护作用，使得复合材料的热稳定性较纯纤维素明显提高。FTIR证明纤维素已经成功地被稀酸活化，纤维素大分子间的氢键断裂，羟基的反应性和可及度提高。然而，这在一定程度上影响了复合材料的热稳定性。二元酸(H2SO4)制备的复合材料较一元酸(HCl)制备的复合材料具有更优良的导电性；复合材料中聚苯胺的含量随着活化时间的增长而增加。然而，当活化时间从50 min增加到120 min时，由于聚苯胺的团聚，复合材料导电性呈现下降趋势；聚苯胺含量和材料导电性均随苯胺单体用量的增加而增加，且当苯胺用量为0.5g时，二者分别达到最大值。稀酸活化预处理有效地提高了纤维素的可及度和反应性，使复合材料的导电性较CCU明显提高。
　　 2．超声波预处理使得纤维素表面部分初生壁(P)和次生壁外层(S1)脱落，次生壁中层(S2)裸露。超声法非均相制备的纤维素-聚苯胺复合材料中聚苯胺以粒子形式均匀地分散在纤维素表面，没有明显地团聚，而CCU中聚苯胺的存在形式与上述相同，但团聚现象严重。团聚的聚苯胺不易彻底氧化分解，这影响了复合材料的热稳定性，使得CCU的残余质量多于前者。两种复合材料的FTIR谱图几乎一致，这说明超声波处理不会引起纤维素化学结构的改变。由于表面复合的聚苯胺粒子的保护作用，纤维素热稳定有一定地提高。超声波预处理使得纤维素中聚苯胺的复合量增多，但随着苯胺用量的减少，两种复合材料中聚苯胺含量的差值逐渐减小，导电性也呈现相似趋势。
　　 3．本章节先是通过超声法制备了纳米银/纤维素复合材料，再进一步通过苯胺的化学氧化聚合成功制备了纤维素/银/聚苯胺三项导电纳米复合材料。研究表明，超声法只能在纤维素上复合少量的纳米银粒子，粒子大小约50 nm。然而，这些少量的纳米银粒子使得纤维素的热稳定性较纯纤维素提高近50 ℃。随着苯胺的不断氧化聚合，纳米银粒子被包覆在聚苯胺中。包覆纳米银的聚苯胺以网状结构沉积在纤维素表面，这种网状结构有利于聚苯胺导电网络的形成，对复合材料导电性的提高具有很大的促进作用。纤维素/银/聚苯胺的导电性比相同制备条件下纤维素-聚苯胺复合材料的导电性提高了一个数量级，这说明纳米银的复合能够有效提高纤维素-聚苯胺的导电性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 实验仪器及实验方法

第三章 稀酸活化法非均相制备纤维素-聚苯胺导电复合材料及其导电性

第四章 超声法非均相制备纤维素-聚苯胺导电复合材料及其导电性

第五章 超声法制备纤维素/Ag/PANI导电复合材料及其导电性

第六章 总结

硕士期间论文的发表及投寄情况

致谢