磁场对复合磺酸掺杂聚苯胺的结构、掺杂行为及性能的影响

论文摘要

聚苯胺是一种独特的结构型导电高分子,其以低成本,制备简单,通过改变氧化或质子化状态可控制的独特的化学和物理性能,以及良好的环境稳定性,被认为是最具商业应用前景的导电高分子材料。目前,限制聚苯胺成功应用的主要问题在于其电导率不高,以及其本身难溶于普通有机溶剂所造成的加工性能差。有机功能磺酸掺杂以及乳液聚合方法的使用虽然在一定程度上解决了这些问题,但远未达到理想状态。所有的材料对磁场都有响应。通常,这种响应是排斥作用(负磁感系数)表现为反磁性,或者是吸引作用(正磁感系数)表现为铁磁性。大多数有机和无机高分子材料是反磁性的,磁场对反磁性高分子最重要的作用是取向和集中。聚苯胺是反磁性有机高分子,外加磁场可使聚苯胺链更加规整、有序,提高聚苯胺的电导率及溶解性能。在自由基聚合反应中,自由基决定反应的进程,而外加磁场可影响自由基结构,进而影响到自由基聚合反应,呈现出磁动力学效应。苯胺聚合属于自由基聚合,外加磁场可影响其聚合过程并展现出磁动力学效应。本文在恒定磁场作用下,采用乳液法合成了十二烷基苯磺酸(DBSA)与磺基水杨酸(SSA)复合功能磺酸体系掺杂的聚苯胺,探讨了磁场对产物的结构及性能的影响,并对聚合过程中聚苯胺的宏观掺杂动力学行为进行了研究。研究结果表明,磁场条件下合成聚苯胺比相应无磁条件下合成聚苯胺的分子链更加规整、有序,电导率、分子量、溶解率、掺杂程度、结晶性能及热稳定性更好;与无磁场条件下合成的聚苯胺相比,磁场条件下合成聚苯胺的电导率更高,且达到最大值时所需要的掺杂剂和乳化剂浓度更低、聚合时间更短。聚苯胺的宏观掺杂动力学行为研究结果表明,外加磁场在聚苯胺合成过程中具有取向作用,使得聚苯胺分子链更加伸展,有利于掺杂剂掺杂进入聚苯胺分子链,以至于能明显提高苯胺聚合的反应速率、掺杂速率、提高聚苯胺的产率、掺杂程度和溶解率。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 导电高分子
• 1.2 聚苯胺
• 1.2.1 聚苯胺的分子结构
• 1.2.2 苯胺的聚合机理
• 1.2.3 聚苯胺的掺杂
• 1.2.4 聚苯胺的合成方法
• 1.2.5 聚苯胺的应用领域
• 1.3 磁化学
• 1.3.1 磁化学基本原理
• 1.3.2 磁化学的应用
• 1.4 本课题研究的内容、目的和意义
• 2 实验部分
• 2.1 主要原料
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 掺杂态聚苯胺的制备
• 2.4 本征态聚苯胺的制备
• 2.5 测试与表征
• 2.5.1 产率
• 2.5.2 电导率
• 2.5.3 特性粘度
• 2.5.4 溶解性
• 2.5.5 掺杂率
• 2.5.6 热稳定性
• 2.5.7 激光粒度分析
• 2.5.8 热重分析（TGA）
• 2.5.9 红外光谱测试（FI-IR）
• 2.5.10 X-射线衍射测试（XRD）
• 3 结果与讨论
• 3.1 复合磺酸掺杂聚苯胺的结构与性能研究
• 3.1.1 产率和电导率分析
• 3.1.2 XRD 分析
• 3.1.3 TGA 分析
• 3.1.4 溶解性能
• 3.1.5 红外光谱分析
• 3.2 磁场对复合磺酸掺杂聚苯胺的结构与性能的影响
• 3.2.1 磁场环境下复合磺酸掺杂聚苯胺工艺探讨
• 3.2.2 聚苯胺结构与表征
• 3.3 磁场环境下中聚苯胺宏观掺杂动力学行为探讨
• 3.3.1 掺杂时间对聚苯胺掺杂率的影响
• 3.3.2 掺杂时间对聚苯胺特性粘度的影响
• 3.3.3 掺杂时间对聚苯胺产量的影响
• 3.3.4 掺杂时间对聚苯胺电导率的影响
• 3.3.5 聚苯胺粒径分析
• 3.3.6 聚苯胺溶解率分析
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录