微乳液介质中聚吡咯/金纳米复合材料的制备与表征

摘要

微乳液是由由水、表面活性剂及助表面活性剂充分搅拌分散后形成的外观透明、热力学稳定的油水分散相体系，其分散相的微珠滴直径在10-100nm范围内。在微乳液介质中进行聚合，可得到纳米级产物，具有高分子量、窄粒径分布、大比表面积，链形态规则的特点，从而拥有许多优异性能。另外，该体系产物是均匀分散在水中的，故不需有机溶剂溶解，具有清洁环保、节约资源的优点。因此，利用微乳液作为反应介质，对合成、开发具有特殊性能的新材料提供了一条重要的途径。
　　 经过数十年的发展，人们发现，导电高分子不仅具备导电材料的特点，还兼具有机高分子材料的性能及半导体和金属的电性能。这些特点、性能使得导电聚合物具有质轻、易加工成各种复杂形状、化学稳定性好及电导率范围大等优点。在导电高分子材料中，具有共轭双键的聚吡咯(PPy)，与其它导电高分子相比具有合成简便、易成膜、抗氧化性能良好、电导率较高等优点而日益受到人们的关注。聚吡咯已被用于制作发光材料、电磁屏蔽材料、二次电池、防腐涂料等领域。然而，聚吡咯刚性较大，因而加工性差，当前该缺陷主要采用与柔性材料复合的方式来克服；电导率相对良导体还有距离，掺杂或与金属粒子复合均可大幅提高其电导率。
　　 本文首先研究了SDS（十二烷基硫酸钠）/吡咯/正戊醇/水体系的拟四元相图，从而寻找微乳区域将表面活性剂(SDS)、助乳化剂正戊醇、水和吡咯配成微乳液体系。接着在该体系中用过硫酸钾(KPS)氧化聚合制备聚吡咯粒子，与此同时加入掺杂剂掺杂。最后在聚吡咯上包覆一层柔软的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，形成核壳结构纳米导电粒子。运用这些手段，对聚吡咯进行改性，得到的产物不仅可分散于水，粒径可控，且具有良好的机械加工性和较高的电导率。
　　 然而，上述产物稳定性和导电率还有待加强，故而我们用导电聚合物与贵金属金(Au)粒子复合来解决此问题。同时再在该核壳结构的基础上包覆聚甲基丙烯酸甲酯膜来解决刚性较大、加工性和相容性差的问题，从而得到我们想要得到的产物。
　　 二维透明导电膜和防腐涂料在现实生活中应用越来越广泛，在军工方面也有着特殊意义，因此具备重大价值。我们将核壳结构的导电聚合物均匀分散在聚甲基丙烯酸甲酯中压制成片，再热处理后可得透明导电膜；将核壳结构的导电聚合物均匀分散在水性环氧涂料中，并充分机械搅拌可制备得防腐涂料。
　　 本文利用透射电镜(TEM)，傅立叶红外光谱仪(FTIR)，扫描电镜(SEM)等仪器对所得产物进行分析，进一步研究（助）表面活性剂、吡咯、氧化剂和甲基丙烯酸甲酯的用量、反应温度和碘掺杂与否对产物影响，最终我们得出制备核壳结构纳米导电粒子的最优条件；同时，检测不同的填料及分量对透明导电膜导电率和透光性影响，对防腐涂料防腐性能的影响，从而得出最佳填料和最佳填料比。