聚苯胺/聚氨酯导电海绵的制备及其应用研究

论文摘要

聚氨酯海绵（PUF）,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物中的一种。由于其具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性,可以作为理想的包装材料使用。但是聚氨酯本质上是一种绝缘材料,存在着抗静电性能差的缺陷。聚苯胺（PAn）作为目前最具发展前景的一种导电高分子材料,由于其具有电导率可调、氧化还原态丰富、制备简单及环境稳定性好等优势而成为功能高分子材料领域的研究热点之一本文以聚氨酯海绵为载体,通过化学氧化聚合法原位生长聚苯胺,获得了PAn/PUF导电海绵复合物,实现其体积电阻率在一定范围内可调,有效提高其抗静电性能；此外利用聚氨酯海绵上负载聚苯胺的氧化还原特性吸附还原银离子为金属单质,直接获得Ag/PAn/PUF多元复合物。研究了不同制备条件对PAn/PUF复合物体积电阻率的影响以及PAn/PUF导电复合物在回收银离子中的应用。主要内容如下：（1）采用在PUF海绵上原位化学氧化生长聚苯胺的方法可以制备导电海绵。测定了PAn/PUF复合物体积电阻率的变化规律,考察了合成产物体积电阻率的稳定性。结果表明,PAn/PUF复合物的体积电阻率与苯胺单体浓度、掺杂酸的种类和用量、氧化剂的用量等因素密切相关；通过改变原位生长的条件,可以获得体积电阻率在103-108Ω·cm范围内可调的导电海绵复合物PAn/PUF;大分子酸掺杂获得的复合物较小分子掺杂具有更好的电导性和环境稳定性。（2）将制备的PAn/PUF复合物与AgNO3溶液混合后以原位还原的方式进行反应。研究了PAn/PUF导电复合物在回收银离子中的应用,推测并验证了复合物还原银离子的反应机理,同时分析了复合物还原银离子的动力学曲线。结果表明,制备的PAn/PUF复合物对银离子具有较好的还原作用,在一定条件下,银离子的回收率可达到99.0%,反应的平均活化能约为30.22 kJ·mol-1。AgNO3溶液浓度、温度、振荡方式、PAn/PUF复合物的制备条件等因素会对银离子的吸附还原效果产生影响。（3）采用原位还原复合法获得了Ag/PAn/PUF复合物,借助FT-IR、SEM、XRD和TGA等手段表征了产物的结构、形貌、结晶形态和热稳定性能,并考察了Ag/PAn/PUF复合物的抗菌性能。结果表明,Ag/PAn/PUF复合物的形貌与制备条件密切相关,其结构、结晶形态与PAn/PUF复合物相比发生了较大变化,Ag/PAn/PUF复合物的热稳定性能提高了,且具有较优异的抗菌性能。综上所述,采用在聚氨酯载体上原位化学氧化生长聚苯胺的方法制备导电海绵具有体积电阻率可调的优势以及能吸附还原银离子的特性,在制备优异抗静电及抗菌包装材料和功能导电聚合物／金属纳米复合物方面具备明显的优势和潜在的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 导电聚合物
• 1.2 导电聚苯胺
• 1.2.1 聚苯胺的分子结构
• 1.2.2 聚苯胺的化学氧化聚合
• 1.2.3 聚苯胺的聚合机理
• 1.2.4 聚苯胺的特性及应用
• 1.3 聚氨酯
• 1.3.1 聚氨酯简介
• 1.3.2 抗静电聚氨酯材料
• 1.4 两类聚苯胺功能复合材料简介
• 1.4.1 聚苯胺/聚氨酯复合材料
• 1.4.2 聚苯胺/银复合材料
• 1.5 选题的目的意义及研究的主要内容
• 第二章 聚苯胺/聚氨酯导电海绵的制备及其导电性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 表征与性能测试
• 2.2.3 掺杂态PAn/PUF复合物的制备
• 2.2.4 本征态PAn/PUF复合物的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 SEM形貌分析
• 2.3.2 FT-IR分析
• 2.3.3 PAn/PUF复合物制备方案的选择
• 2.3.4 酸的种类对导电海绵外观形貌的影响
• 2.3.5 导电海绵上聚苯胺负载量的影响因素
• 2.3.6 不同制备条件下PAn/PUF复合物的体积电阻率
• 2.3.7 本征态PAn/PUF复合物的体积电阻率
• 2.3.8 PAn/PUF复合物体积电阻率的稳定性
• 2.3.9 几种有机磺酸掺杂的PAn/PUF复合物体积电阻率
• 2.3.10 复合物的拉伸性能
• 2.4 结论
• 第三章 聚苯胺/聚氨酯导电海绵用于还原回收银离子的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 表征与性能测试
• 3.2.3 掺杂态PAn/PUF复合物的制备
• 3.2.4 PAn/PUF复合物还原回收银离子
• 3.3 结果与讨论
• 33.1 单纯聚氨酯海绵对银离子的影响
• 3.3.2 导电海绵吸附还原银离子的反应机理推测
• 3.3.3 反应动力学研究
• 3.3.4 温度对吸附还原过程的影响
• 3.3.5 振荡以及静置条件对吸附还原过程的影响
• 3.3.6 PAn/PUF复合物的制备条件对吸附还原过程的影响
• 3.3.7 还原回收的银单质形貌及其纯度测定
• 3.4 结论
• 第四章 银/聚苯胺/聚氨酯复合物的表征及抗菌性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 表征与性能测试
• 4.2.3 Ag/PAn/PUF复合物的制备
• 4.2.4 Ag/PAn/PUF复合物抗菌性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SEM分析
• 4.3.2 FT-IR分析
• 4.3.3 热重分析
• 4.3.4 XRD分析
• 4.3.5 Ag/PAn/PUF复合物抗菌性能测试
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发（待）表论文