聚苯胺及其复合材料的制备及功能性和可加工性研究

论文摘要

本学位论文的研究工作以聚苯胺为核心展开,首先制备了木质素磺酸掺杂的聚苯胺（LGS-PANI）,并对其结构进行了深入的探讨,在此基础上,以具有柔性高分子链的水溶性聚合物聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）（PAMPS）为掺杂剂,制备了水溶性的PANI/PAMPS混合膜。然后,分别以具有微米级粒径的粉煤灰（FAs）和纳米级粒径的凹凸棒（ATP）作为无机客体,使用硅烷偶联剂（APTES）对其进行有机修饰,形成自组装单片层（SAM）包覆的无机客体,并使苯胺单体（An）在有机修饰的无机客体表面接枝聚合,制备了SAM-FAs/PANI复合材料和SAM-ATP/PANI纳米复合材料,最后综合考虑两种聚苯胺复合材料的导电性、粒径大小及均一性、分散性、电导率稳定性以及热稳定性,选择以SAM-ATP/PANI纳米复合材料作为导电填料,以聚苯乙烯（PS）为基体聚合物,制备了PANI/SAM-ATP/PS复合材料,促进了聚苯胺由功能材料向结构材料的过渡。具体包括以下几个方面的内容：（1）对LGS-PANI在不同LGS含量下的室温电导率及电导率的温度依赖性进行了研究,根据实验结果分析推测,认为LGS-PANI可能具有如下结构：当LGS含量为11.4 wt%时,形成以LGS为模板的伸展链结构；当LGS含量为48.2 wt%时,形成双链有序堆积的结构；当LGS含量为69.5wt%时, LGS单链无序堆积的比例增大。在LGS含量较高时,又包含了LGS与PANI分子间氢键的作用。通过X射线衍射分析、热重分析和扫描电子显微镜等手段对所做的论述进行了证明。（2） PANI/PAMPS的水溶液具有较好的稳定性,在正常环境条件下,可以稳定地放置两个月以上。当Anmol/AMPSmol=0.3:1时,PANI/PAMPS具有双链盘绕结构的PAMPS掺杂PANI （PANI-PAMPS）,并且堆积成颗粒状,扫描电子显微镜（SEM）分析显示,其堆积所成的颗粒形貌较好地分散于线性聚合物PAMPS基体当中；通过紫外-可见光谱和荧光发射光谱对PANI/PAMPS水溶液的荧光增强效应进行了理论分析；分别对PANI/PAMPS固体膜和PANI/PAMPS水溶液的室温电导率进行了研究,并用热重分析仪研究了PANI/PAMPS的热稳定性。（3）制备了具有完善核壳结构及较好分散性的SAM-FAs/PANI复合材料,对不同SAM-FAs含量时SAM-FAs/PANI复合材料的室温电导率、电导率的温度依赖性以及平均比电容进行了测定分析。使用振动样品磁强计（VSM）对SAM-FAs/PANI复合材料的磁性能进行了表征,研究了SAM-FAs的添加量对SAM-FAs/PANI复合材料的饱和磁化强度和矫顽力的影响,并用热重分析仪研究了SAM-FAs/PANI复合材料的热稳定性。（4）制备了结构均一、分散性良好的SAM-ATP/PANI纳米纤维,对不同SAM-ATP含量时SAM-ATP/PANI纳米复合材料的室温电导率及电导率的温度依赖性进行了测定分析,通过变程跳跃模型和Arrhenius方程的线性拟合曲线,计算出20.1wt% ATP/PANI和18.7 wt% SAM-ATP/PANI纳米复合材料的T0、σ0和Ea值,对18.7 wt% SAM-ATP/PANI纳米复合材料呈现出较好的室温电导率给出了理论解释,使用热重分析仪对SAM-ATP/PANI纳米复合材料的热稳定性进行了研究。（5）对不同导电填料含量下,PANI/SAM-ATP/PS复合材料的微观形貌进行了表征,并对PANI/SAM-ATP/PS复合材料的室温电阻率进行了测定,在80℃循环升温冷却的条件下,考察了PANI/SAM-ATP/PS复合材料电阻率的稳定性；使用万能材料试验机对PANI/SAM-ATP/PS复合材料的抗拉强度进行了测定分析,并用热重分析仪对复合材料的热稳定性进行了研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 导电高分子概述
• 1.3 聚苯胺（PANI）
• 1.3.1 聚苯胺的研究起源
• 1.3.2 聚苯胺的结构
• 1.3.3 聚苯胺的掺杂
• 1.3.4 聚苯胺的导电机理
• 1.3.5 聚苯胺的合成方法
• 1.3.6 聚苯胺的性质
• 1.3.7 聚苯胺的开发及应用
• 1.4 聚苯胺复合材料
• 1.4.1 聚苯胺复合材料概述
• 1.4.2 聚苯胺/无机物复合材料
• 1.4.3 聚苯胺/有机聚合物复合材料
• 1.4.4 聚苯胺复合材料的应用前景
• 1.5 本学位论文选题指导思想
• 参考文献
• 第二章 木质素磺酸掺杂聚苯胺（LGS-PANI）的制备、性能及结构研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 LGS-PANI的制备
• 2.2.4 LGS-PANI中LGS含量的测定
• 2.2.5 性能测定和结构表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 室温电导率和结构分析
• 2.3.2 电导率的温度依赖性
• 2.3.3 FTIR表征
• 2.3.4 XRD分析
• 2.3.5 热稳定性分析
• 2.3.6 形貌表征
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 水溶性聚苯胺膜（PANI/PAMPS）的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 PANI/PAMPS膜的制备
• 3.2.4 性能测定和结构表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 形貌表征
• 3.3.2 UV-Vis光谱分析
• 3.3.3 XRD分析
• 3.3.4 荧光光谱
• 3.3.5 FTIR表征
• 3.3.6 热稳定性分析
• 3.3.7 室温电导率分析
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 粉煤灰/聚苯胺（SAM-FAS/PANI）核壳微球的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 仪器设备
• 4.2.3 SAM-FAs/PANI复合材料的制备
• 4.2.4 FAs/PANI复合材料的制备
• 4.2.5 性能测定和结构表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 元素分析
• 4.3.2 形貌表征
• 4.3.3 室温电导率分析
• 4.3.4 电导率的温度依赖性
• 4.3.5 磁性能
• 4.3.6 XRD分析
• 4.3.7 FTIR表征
• 4.3.8 UV-Vis光谱分析
• 4.3.9 热稳定性分析
• 4.3.10 恒电流充放电分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 凹凸棒/聚苯胺（SAM-ATP/PANI）纳米纤维的制备及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料
• 5.2.2 仪器设备
• 5.2.3 SAM-ATP/PANI纳米纤维的制备
• 5.2.4 ATP/PANI复合材料的制备
• 5.2.5 性能测定和结构表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 元素分析
• 5.3.2 形貌表征
• 5.3.3 室温电导率分析
• 5.3.4 电导率的温度依赖性
• 5.3.5 FTIR表征
• 5.3.6 XRD分析
• 5.3.7 UV-Vis光谱分析
• 5.3.8 热稳定性分析
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 聚苯胺/凹凸棒/聚苯乙烯（PANI/SAM-ATP/PS）复合材料的制备及性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 原料
• 6.2.2 仪器设备
• 6.2.3 SAM-ATP的制备
• 6.2.4 PANI和PANT/SAM-ATP的制备
• 6.2.5 PANI/SAM-ATP/PS复合材料的制备
• 6.2.6 性能测定和结构表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 导电填料的电性能分析
• 6.3.2 PANI/SAM-ATP/PS复合材料的形貌表征
• 6.3.3 室温电阻率分析
• 6.3.4 电阻率的稳定性分析
• 6.3.5 力学性能分析
• 6.3.6 FTIR表征
• 6.3.7 XRD分析
• 6.3.8 热稳定性分析
• 6.4 结论
• 参考文献
• 全文总结
• 攻读博士学位期间已发表的论文
• 致谢