聚苯胺復(fù)合材料的制備和性能研究

《聚苯胺復(fù)合材料的制備和性能研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、聚苯胺復(fù)合材料的制備和性能研究*本課題得到中國工程物理研究院院基金資助（20040318）陳炅（1980-），碩士研究生;Email:chenjiong1980@tom.com陳炅鐘發(fā)春趙小東張曉華（中國工程物理研究院化工研究所，四川綿陽621900）摘要：通過超聲波分散技術(shù)把化學(xué)氧化合成的聚苯胺（PANI）與環(huán)氧樹脂共混復(fù)合，制備了聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電薄膜（PANI/E51）。分別用紅外、熱重、掃描電鏡和X光電子能譜對其進(jìn)行了表征和分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于低溫條件下制備的PANI粒子，在基體環(huán)氧樹脂的的分布狀態(tài)跟摻雜離子有關(guān)，同時，摻雜離子也對聚苯胺復(fù)合材料的導(dǎo)電率有一定的影響。關(guān)鍵詞：聚苯胺對

2、甲基苯磺酸(TSA)對氨基苯磺酸（ABSA）環(huán)氧樹脂復(fù)合薄膜聚苯胺由于其高電導(dǎo)率、良好的環(huán)境穩(wěn)定性和原料的價廉易得等特點(diǎn)而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。對苯胺的聚合反應(yīng)，人們通常采取在室溫條件下，通過加入氧化劑對其進(jìn)行化學(xué)氧化聚合。然而，已經(jīng)有研究學(xué)者指出在室溫制備的聚苯胺分子量較低，且含有結(jié)構(gòu)缺損，因此人們希望通過制備較高分子量的聚苯胺，從而提高其加工和電學(xué)性能。有學(xué)者認(rèn)為，聚苯胺聚合反應(yīng)同時具有陽離子聚合和濃度聚合的特征。因此，可以通過在低溫條件下聚合（陽離子聚合中，降低反應(yīng)溫度可以提高鏈傳遞速率，并且降低副反應(yīng)速率），并且延長反應(yīng)時間（濃度聚合中，聚合物的分子量隨著反應(yīng)的進(jìn)行穩(wěn)步增加）

3、，從而得到高分子量高性能的聚苯胺。Adams[2]等人在不同溫度下進(jìn)行苯胺在鹽酸介質(zhì)中的聚合反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，與室溫制備的聚苯胺相比較，低溫條件下制備的聚苯胺分子量要增加5-10倍。13C-NMR表明后者的結(jié)構(gòu)缺損明顯減少，導(dǎo)電率依然保持在同一數(shù)量級。同時為了克服聚苯胺不溶于絕大多數(shù)有機(jī)溶劑，綜合力學(xué)性能差等缺點(diǎn)，很多研究工作者結(jié)合聚苯胺的導(dǎo)電性和一些高聚物易加工成型的特性，制備多種功能性復(fù)合材料。然而，隨著聚苯胺分子量的增加，共軛程度進(jìn)一步增強(qiáng)，其粒子在基體中的分布形態(tài)必然要發(fā)生一定程度上的變化?；谝陨蠁栴}，本工作在-25℃條件下氧化聚合合成聚苯胺，并通過超聲波技術(shù)將其與環(huán)氧樹脂復(fù)合，

4、用掃描電鏡和X光電子能譜，對復(fù)合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)等進(jìn)行研究分析，為進(jìn)一步開發(fā)PANI新的功能性材料進(jìn)行了有益的探索。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要試劑和原料苯胺，分析純，北京化工廠，經(jīng)減壓蒸餾后使用；對甲基苯磺酸，分析純，江蘇昆山年沙化工廠；對氨基苯磺酸，分析純，上海試劑總廠第三分廠；環(huán)氧樹脂E51，工業(yè)級，岳陽化工總廠；聚酰胺樹脂（PA651），工業(yè)級，岳陽化工總廠；其余均為分析純試劑，使用前未作進(jìn)一步處理。1.2本征態(tài)聚苯胺的制備[2]1.3摻雜態(tài)聚苯胺的制備將本征態(tài)的聚苯胺溶解在NMP試劑中，涂膜，60℃真空干燥72h，用1M的對甲基苯磺酸水溶液摻雜8h，60℃真空干燥24h，得到摻雜態(tài)的聚苯胺

5、-對氨基苯磺酸薄膜。1.4摻雜聚苯胺/環(huán)氧復(fù)合薄膜的制備在燒杯中依次加入E514.0g，適量的本征態(tài)聚苯胺、少量的NMP和一定比例的磺酸，攪拌，再用超聲波振蕩15min，加入聚酰胺樹脂1g，攪拌，涂膜，常溫固化，得到PANI-ABSA/E51復(fù)合薄膜。1.5性能測試1.4.1FTIR分析：采用KBr壓片，用透射法在Nicolet800紅外光譜儀上測定。1.4.2TG分析：在TGA-2050熱重分析儀上進(jìn)行，試樣重量2～3mg，N2流量為10ml/min，升溫速率為10℃/min，溫度范圍：50～700℃。1.4.3膜厚測定：將帶玻璃基片的薄膜試樣在TENCOR儀器公司ALPHA-200臺

6、階儀上測薄膜厚度。1.4.4表面電導(dǎo)率測定：在PC68型數(shù)字高阻計上測定薄膜電導(dǎo)率。1.4.5SEM分析：將薄膜樣片真空鍍金，用國產(chǎn)AMRAY掃描電鏡觀察表面微結(jié)構(gòu)，電子束能量18～22kV，放大倍數(shù)1000～3000倍。1.4.6XPS表面元素分析：采用ThermoVG250X光電子能譜儀分析薄膜試樣，用AlKaX-射線為照射源，樣品室真空度1×10－8乇，能量掃描寬度25eV。2.結(jié)果和討論2.1聚苯胺結(jié)構(gòu)分析本征態(tài)聚苯胺的（EB）的氧化度程度為Y=0.5，其結(jié)構(gòu)式為：紅外吸收光譜見圖1（A），本征態(tài)PANI在824、1159、1293、1508、1589、3400cm-1處出現(xiàn)較強(qiáng)

7、的吸收峰，歸屬見表一。表一本征態(tài)聚苯胺的紅外峰歸屬波數(shù)/（cm-1）歸屬3400N-N伸縮振動1589—Ｎ=(Ｃ6Ｈ4)=Ｎ—1508苯環(huán)骨架振動1293—ＮＨ—(Ｃ6Ｈ4)—ＮＨ—中的Ｃ—Ｎ伸縮振動1159苯環(huán)中的Ｃ—Ｈ824—(Ｃ6Ｈ4)—中的Ｃ—Ｈ的面外彎曲振動本征態(tài)的聚苯胺不具有導(dǎo)電性，須通過摻雜形成極化子作為載流子才具有導(dǎo)電性。大量研究表明，質(zhì)子酸完全摻雜的聚苯胺具有如下化學(xué)結(jié)構(gòu)：A-=ClO4-、SO4-、Cl-、R-S