聚苯胺與在涂料中的應(yīng)用

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1、WORD格式可編輯聚苯胺及其應(yīng)用摘要：本文綜述了聚苯胺的合成、摻雜，以及聚苯胺在涂料、功能材料等方面的應(yīng)用。1聚苯胺的簡(jiǎn)介1.1聚苯胺的結(jié)構(gòu)早在1862年，HLethely就報(bào)道了聚苯胺（PANI），但直到20世紀(jì)70年代后期人們才對(duì)聚苯胺進(jìn)行了深入的研究。聚苯胺可以很容易地用苯胺以化學(xué)或電化學(xué)方法合成,苯胺單體在酸性條件下化學(xué)氧化,或在酸性溶液中進(jìn)行電化學(xué)氧化,即可獲得聚苯胺。但由于聚合產(chǎn)物不溶不熔，因而究竟發(fā)生了什么聚合反應(yīng),聚合產(chǎn)物是什么結(jié)構(gòu),當(dāng)時(shí)人們是不清楚的。1984年，被美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的化學(xué)家MacDiarmid提出聚苯胺的分子結(jié)構(gòu)模型，

2、得到了大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)同,如下圖所示。專業(yè)技術(shù)資料整理分享WORD格式可編輯聚苯胺由還原單元苯二胺和氧化單元醌二亞胺兩部分組成，并且根據(jù)其氧化還原程度(0≤y≤1)，可以分為全還原態(tài)(y=l，簡(jiǎn)稱LEB)，全氧化態(tài)(y=0，簡(jiǎn)稱PNB)，以及中間氧化態(tài)(也稱為本征態(tài)，y=0.5，簡(jiǎn)稱EB)。全還原態(tài)(y=l)和全氧化態(tài)(y=0)都為絕緣態(tài)，在0

3、導(dǎo)體。1.2聚苯胺的制備方法聚苯胺的制備方法有兩種，一種是電化學(xué)合成法，另一種是化學(xué)氧化合成法。1.2.1電化學(xué)合成法電化學(xué)法制備聚苯胺是在含苯胺的電解質(zhì)溶液中，選擇適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)條件，使苯胺在陽(yáng)極上發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，生成粘附于電極表面的聚苯胺薄膜或是沉積在電極表面的聚苯胺粉末。聚苯胺的電化學(xué)聚合方法有動(dòng)電位掃描法、恒電流聚合、恒電位法以及脈沖極化法。影響聚苯胺的電化學(xué)法合成的因素有：電解質(zhì)溶液的酸度、溶液中陰離子種類、苯胺單體的濃度、電極材料、聚合反應(yīng)溫度等。電解質(zhì)溶液酸度對(duì)苯胺的電化學(xué)聚合影響最大，當(dāng)溶液pH<1.8時(shí)聚合可得到具有氧化還原活性并有多種

4、可逆顏色變化的聚苯胺膜，當(dāng)溶液pH>1.8時(shí)聚合則得到無電活性的惰性膜。1.2.2化學(xué)氧化合成法專業(yè)技術(shù)資料整理分享WORD格式可編輯苯胺的化學(xué)氧化合成法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件容易控制等優(yōu)點(diǎn)。研究較多的主要是溶液聚合、乳液聚合和微乳液聚合。1.2.2.1溶液聚合法聚苯胺的合成最早采用的就是溶液聚合法，目前對(duì)它的研究已基本成熟。典型的溶液法合成路線如下：首先在經(jīng)氮?dú)庵脫Q且保護(hù)的三口瓶中，依次加入水、鹽酸、苯胺，然后在攪拌下滴加(NH4)2S2O8。在一定溫度下聚合，將得到的產(chǎn)物過濾，用1mol·L-1的鹽酸反復(fù)洗滌、過濾至濾液基本無色為止。產(chǎn)物在60℃下，

5、真空干燥48h，得到墨綠色摻雜態(tài)聚苯胺。溶液聚合法工藝簡(jiǎn)單，但所得產(chǎn)品在導(dǎo)電率、溶解性以及熔融加工性等方面均有缺陷。1.2.2.2乳液合成法乳液聚合有兩大類型：一類是水包油(O/W)型，稱為普通乳液聚合；另一類是油包水(W/O)型，即反相乳液聚合。它們的差別主要體現(xiàn)在反應(yīng)連續(xù)相的選擇上，O/W型乳液的連續(xù)相是水，而W/O型乳液的連續(xù)相是有機(jī)溶劑。乳液聚合較溶液聚合有諸多優(yōu)點(diǎn)，如聚合速率高、產(chǎn)物分子量高以及產(chǎn)物粒徑均勻等。典型的乳液聚合方法：以十二烷基苯磺酸（DBSA）為乳化劑，同時(shí)加水、苯胺，再用(NH4)2S2O8引發(fā)聚合，反應(yīng)結(jié)束用丙酮和乙醇的混合液

6、破乳，經(jīng)洗滌、干燥即得產(chǎn)物。乳液聚合所得PANI在溶解性、分子量、熱穩(wěn)定性及結(jié)晶形態(tài)方面都明顯優(yōu)于溶液聚合。1.2.2.3微乳液聚合專業(yè)技術(shù)資料整理分享WORD格式可編輯微乳液是由表面活性劑、助表面活性劑、苯胺及水在適當(dāng)配比下自發(fā)形成的一種外觀透明或半透明、低粘度的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液膠粒徑分布比常規(guī)乳液聚合得到的乳膠粒徑分布要窄的多，且聚合物分子質(zhì)量很高，一般在106以上。聚苯胺的微乳液聚合是目前研究發(fā)現(xiàn)的最理想的聚苯胺合成方法，該法不但反應(yīng)條件容易控制、產(chǎn)物粒徑均勻，而且因其粒徑都在納米級(jí)別，又使聚苯胺產(chǎn)物具有了納米粒子的特性，進(jìn)一步拓寬了它的應(yīng)用

7、領(lǐng)域。1.3聚苯胺的摻雜摻雜的概念是借用了半導(dǎo)體中摻雜的概念，但是導(dǎo)電高分子的摻雜與半導(dǎo)體中的摻雜是不同的:半導(dǎo)體中摻雜劑的量是很小的，一般只有萬分之幾，而導(dǎo)電高分子中的摻雜劑量是很大的，有的甚至可以達(dá)到50%；其次，二者的導(dǎo)電機(jī)制也是不相同的，半導(dǎo)體的載流子是空穴和電子，而導(dǎo)電高分子的導(dǎo)電機(jī)制目前還沒有形成共同的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)電高分子的載流子是弧子、極化子和雙極化子；第三，導(dǎo)電高分子的摻雜存在脫摻雜過程，這也是導(dǎo)電高分子穩(wěn)定性不好最根本的原因。與半導(dǎo)體摻雜存在n和p型摻雜一樣，導(dǎo)電高分子的摻雜也有兩種摻雜方式:對(duì)陽(yáng)離子結(jié)合在高分子鏈上是n型摻雜;對(duì)陰離子結(jié)合

8、在高分子鏈上是p型摻雜。根據(jù)在摻雜過程是否發(fā)生了電子得失，摻雜反應(yīng)可分為氧化還原