导电高分子材料聚苯胺的合成及性能研究

摘要

导电聚苯胺(PAn)具有导电性能优良，环境稳定性好，原料价廉，易加工等优点，是导电高分子研究领域的热点。固相有机化学反应是近年来发展起来的新领域，是绿色化学的重要组成部分，与传统的聚苯胺合成方法相比，固相法操作简单，反应时间短，且无需溶剂，从而可降低成本，同时保护了环境，因此，固相法成为聚苯胺合成领域的一个新的研究方向，但是，迄今对该反应主要因素对合成聚苯胺性能的影响规律尚缺乏深入的研究；对不同酸掺杂聚苯胺的导电性、掺杂性、结晶性和热稳定性也缺乏足够的认识，而这些问题的解决对于固相法合成导电聚苯胺实现工业化及导电聚苯胺的应用具有重要意义。 本文主要研究了以磺基水杨酸为掺杂剂，采用固相法制备的掺杂态聚苯胺结构与性能，研究得出合成高电导率磺基水杨酸掺杂聚苯胺的最佳工艺条件为反应温度为0℃，氧化剂分批加入，苯胺/过硫酸铵的摩尔比为1:1，苯胺/磺基水杨酸的摩尔比为 1:1，反应时间 45min，在此条件下合成的产物的表观收率为108.38％，电导率为5.009S/cm；经红外分析、X-射线衍射、热重分析表明，产物具有良好的掺杂性，一定的结晶性和良好的热稳定性，脱掺杂温度在190℃左右，主链的分解温度在450℃左右；经电磁性能研究表明，产物属于电损耗型吸波材料，电磁能主要衰减在材料的电阻和介电极化弛豫损耗上；通过磺基水杨酸掺杂聚苯胺/环氧树脂混合涂膜物理性能测试表明，涂膜有良好的附着力，达一级，涂膜的抗冲击性也较好，为50kg/cm；经盐雾试验和电化学测试研究表明产物有良好的防腐性能，含少量的聚苯胺就可使聚苯胺/环氧树脂混合涂膜起到较好的防腐作用；聚苯胺含量增加，防腐能力减弱；聚苯胺的电导率和掺杂度与其防腐性能存在一定的关系。 本文还研究了以酒石酸、苹果酸、十二烷基苯磺酸、对甲苯磺酸、盐酸、磷酸、硝酸为掺杂剂，固相法合成的掺杂态聚苯胺的结构与性能。经与本征态聚苯胺比较，圃相法制备的掺杂态聚苯胺都有良好的掺杂性和一定的结晶性。不同酸掺杂聚苯胺的电导率、结晶性、溶解性及防腐性能不同。无机小分子酸中，盐酸的离解能力强，且分子小易于在聚苯胺链间传递，故盐酸掺杂的聚苯胺具有较大的电导率，达5.097S/cm；有机大分子酸中，含有羧基的酸离解能力强，且有大的亲油基团和强极性，故其掺杂的聚苯胺具有较好导电性的同时还有较好的溶解性。磺基水杨酸、苹果酸、酒石酸掺杂的聚苯胺的电导率分别达5.009 S/cm、5.670 S/cm、5.571 S/cm。无机小分子酸易发生脱掺杂作用，且无机酸根离子对钢片有腐蚀作用，故有机大分子酸掺杂的聚苯胺较无机小分子酸掺杂的聚苯胺的防腐性能好；有机大分子酸中，除苹果酸和对甲苯磺酸掺杂聚苯胺外，其他酸掺杂的聚苯胺都有较好的防腐性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1导电聚苯胺的研究进展

1.1.1导电聚合物

1.1.2聚苯胺的研究历史和现状

1.1.3聚苯胺研究中存在的主要问题

1.2聚苯胺的结构及性质

1.2.1聚苯胺的结构

1.2.2聚苯胺的性质

1.2.3导电聚苯胺的导电机理

1.3聚苯胺的应用

1.3.1聚苯胺在金属防腐领域的应用

1.3.2聚苯胺在电磁屏蔽材料方面的应用

1.3.3聚苯胺在吸波材料方面的应用

1.3.4聚苯胺在其他方面的应用

1.4聚苯胺的合成方法

1.4.1电化学聚合法

1.4.2溶液化学氧化聚合法

1.4.3乳液聚合法

1.4.4固相聚合法

1.5选题的意义和本论文的研究内容

1.5.1选题的意义

1.5.2本论文研究的内容

第2章实验设备和聚苯胺性能表征方法

2.1实验药品及仪器设备

2.1.1实验药品

2.1.2仪器设备

2.2聚苯胺的固相法制备

2.2.1苯胺单体的减压蒸馏

2.2.2聚苯胺的制备

2.3聚苯胺的表征

2.3.1表观收率

2.3.2电导率

2.3.3溶解性

2.3.4相对粘度

2.3.5电磁参数测定

2.3.6红外光谱分析

2.3.7 X射线衍射分析

2.3.8扫描电镜分析

2.3.9差热-热重分析

2.3.10聚苯胺防腐涂膜的物理性能测试

2.3.11防腐性能测试

第3章磺基水杨酸掺杂聚苯胺固相制备及性能研究

3.1磺基水杨酸掺杂聚苯胺固相聚合条件研究

3.1.1溶剂用量对磺基水杨酸掺杂聚苯胺的影响

3.1.2氧化剂用量对磺基水杨酸掺杂聚苯胺的影响

3.1.3磺基水杨酸用量对其掺杂聚苯胺的影响

3.1.4反应温度对磺基水杨酸掺杂聚苯胺的影响

3.1.5反应时间对磺基水杨酸掺杂聚苯胺的影响

3.2固相法合成磺基水杨酸掺杂聚苯胺的结构及性能研究

3.2.1结构与表观形貌研究

3.2.2热稳定性能研究

3.2.3电磁性能研究

3.3固相法合成的不同酸掺杂聚苯胺的结构及性能研究

3.3.1结构与表观形貌研究

3.3.2热稳定性能研究

3.3.3不同质子酸掺杂聚苯胺的导电性能研究

3.3.4不同酸掺杂聚苯胺溶解性能研究

3.4本章小结

第4章磺基水杨酸掺杂聚苯胺的防腐性能研究

4.1聚苯胺/环氧树脂混合涂膜的物理性能

4.2混合涂膜厚度及聚苯胺含量对其防腐性能的影响

4.2.1聚苯胺/环氧树脂混合涂膜厚度对其防腐性能的影响

4.2.2聚苯胺含量对聚苯胺/环氧树脂混合涂膜的防腐性能的影响

4.3聚苯胺的合成参数对其防腐性能的影响

4.3.1氧化剂用量的影响

4.3.2掺杂剂用量的影响

4.3.3反应温度的影响

4.4掺杂酸种类对聚苯胺防腐性能的影响

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢