复合酸掺杂导电聚苯胺的合成及性能

采用复合酸掺杂微乳液法合成导电聚苯胺. 探讨了反应温度和掺杂剂质量比对聚苯胺性能的影响,并通过四探针、塔菲尔曲线、激光粒度分析、热重分析以及红外光谱测试技术,对聚苯胺进行了研究与表征. 结果表明,当聚合温度为15 ℃、磺基水杨酸和十二烷基苯磺酸钠的质量比为2.5∶1时,掺杂态聚苯胺电导率和溶解度达到最大值,同时具有良好的防腐蚀能力;其中电导率可达11 S/cm,在氮甲基吡咯烷酮(NMP)中溶解度可达85%;经电化学工作站测试的塔菲尔曲线可知,其腐蚀电位为-0.391 V. 热重分析表明,复合酸掺杂聚苯胺热分解温度约为440 ℃;粒径分析表明,约有90%的聚苯胺颗粒集中在50～100 nm之间.红外光谱表明,复合酸掺杂聚苯胺各主要吸收峰均向低频方向移动,说明掺杂的有效性.     

导电聚苯胺的合成、结构、性能和应用

概述了中国科学院长春应用化学研究所对导电聚苯胺合成、结构、性能和应用的研究.从合成可溶性的聚苯胺入手,阐明了聚苯胺的若干基本化学和结构问题,提出并证明了掺杂态聚苯胺的结构模型和掺杂机理;除了质子酸掺杂外,发现了聚苯胺的碘氧化掺杂、光助氧化掺杂和K+注入还原掺杂;开发了分别以环氧树脂和聚氨酯为载体的聚苯胺防腐涂料;运用掺杂剂诱导的溶解性,通过合成带聚乙二醇链的膦酸掺杂剂,实现了导电态聚苯胺的水体系加工.其中的聚苯胺树脂及防腐涂料的生产技术,已经完成中试,正在走向产业化.     

原位聚合法制备聚酰胺/聚苯胺复合导电纤维

研究了原位聚合法制备聚酰胺/聚苯胺导电纤维,并对制备的复合纤维进行红外及光学显微镜测试,结果表明聚苯胺与纤维成功复合。对制备的复合纤维进行电导率测试,采用控制单一变量法探讨了苯胺单体在不同的条件下聚合对纤维电导率的影响,并讨论了反应温度对聚合过程和电导率的影响,得出最佳的工艺条件为:纤维经30%的甲酸溶液预处理20min,苯胺单体浓度为0.8M,氧化剂过硫酸铵浓度为1M,掺杂酸为盐酸,浓度为0.8M,冰水浴条件,反应时间为4h,得到的聚酰胺/聚苯胺导电纤维的电导率为3.7S/m。     

盐酸和磺基水杨酸复合掺杂聚苯胺的热电性能

以苯胺为单体,过硫酸铵为氧化剂,采用化学氧化聚合法在盐酸和磺基水杨酸混合溶液中制备了导电聚苯胺。通过XRD、SEM、FTIR等分析手段,对所得产物的结构进行研究,并探讨在相同聚合条件下,不同的磺基水杨酸和盐酸的物质的量浓度比(cSSA∶cHCl)对聚苯胺热电性能的影响。结果显示,混合酸掺杂聚苯胺的电导率随cSSA∶cHCl的增加而增大,但Seebeck系数的变化趋势却与之相反。当cSSA∶cHCl=0.25:1时,掺杂态聚苯胺的功率因子在175℃时达到最大值为0.46μW.m-1.K-2,分别是相同条件下HCl和SSA掺杂聚苯胺的1.7和1.9倍。这表明适当配比的有机酸与无机酸混合掺杂比单一酸掺杂更有利于聚苯胺热电性能的提高。     

溴掺杂聚苯胺的导电性能及机理研究

通过化学氧化法制备聚苯胺,对其进行溴和氢溴酸掺杂,聚苯胺(PANI)的电导率比掺杂前提高了11-13个数量级。采用红外光谱、热重分析、紫外可见光谱和X射线光电子能谱分析研究了溴和氢溴酸对PANI的掺杂作用,探讨了掺杂PANI的导电机理。研究表明,不同于氢溴酸对PANI的质子酸掺杂,溴掺杂过程中产生的溴负离子增加了PANI的载流子浓度并形成电子转移复合物,提高了聚苯胺的电导率。     

不同质子酸掺杂对银/聚苯胺纳米复合材料结构和导电性的影响

利用紫外光作为辅助条件,在反胶束体系中采用一步双原位法合成了硝酸(HNO3)、对甲基苯磺酸(TSA)和5-磺基水杨酸(SSA)掺杂的银/聚苯胺(Ag/PANI)纳米复合材料.通过对复合材料进行红外光谱(FTIR)、紫外光谱(UV-Vis)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和导电性能的测试,研究了不同质子酸对Ag/PANI纳米复合材料结构、形貌和导电性能的影响.测试结果表明,3种酸掺杂制备的Ag/PANI纳米复合材料均为聚苯胺包覆银粒子的核-壳结构.不同的质子酸掺杂会对Ag/PANI纳米复合材料的电性能有重要影响.在3种酸掺杂的复合材料中,TSA掺杂的复合材料的电导率最佳,为215.14 S·cm-1.     

原位聚合法制备PANI/PET导电织物及其性能分析

在聚酯纤维基材及其织物表面,原位聚合形成厚度约1~2μm聚苯胺包覆层,制得聚苯胺(PANI)/聚酯(PET)导电织物.PANI层优异的导电性能使之成为有广阔发展前景的柔性电磁屏蔽材料.正交试验分析研究了苯胺单体浓度、氧化剂:苯胺摩尔比、掺杂酸浓度、反应时间对PANI包覆层外观形态、与基体结合牢度以及导电性的影响.实验表明:在经适当前处理的PET基材表面,以苯胺单体浓度为0.25mol/L、氧化剂与苯胺摩尔比为1∶1、掺杂酸浓度0.5 mol/L、反应时间60 min、反应温度为0~20℃时制备的PANI/PET导电织物方阻最小,导电性最好;掺杂酸酸性越强,导电性越好.SEM、FTIR及XRD测试表明涤纶织物表面有均匀连续的聚苯胺膜存在.分析表明聚苯胺分子链中氧化结构与还原结构含量基本相等,说明聚苯胺渗入纤维内部,使纤维无定形区面积增加,结晶度减小.     

二磺酸掺杂高热稳定性导电聚苯胺的合成及性能

以有机二磺酸作为掺杂剂合成了具有高热稳定性的二磺酸掺杂导电聚苯胺。研究了反应时间、温度、酸/苯胺摩尔比等因素对产率、产物的导电率与分子量的影响。利用微波加热的方法测试有机二磺酸掺杂聚苯胺的热稳定性能，结果表明：有机二磺酸掺杂的导电聚苯胺在微波场中升温速率快，并且具有良好的反复升温性能。     

聚酰胺/聚苯胺导电复合材料制备方法的研究进展

聚酰胺材料是一种重要的工程塑料和合成纤维原料,解决材料使用过程中的表面静电堆积问题是提升材料性能、扩展其应用领域的重要研究方向,因此发展了多种通过物理与化学的方法研究制备抗静电聚酰胺材料的技术.聚苯胺以其单体原料易得、合成工艺简单、掺杂现象独特、电导率较高、在空气中具有良好的稳定性等特点,被认为是最有前途的导电高分子之一,但其缺点也很明显,即加工性能很差.以聚苯胺作为抗静电剂与聚酰胺复合,不但大大提高了聚酰胺材料在应用于织物、涂料、输油管等领域时的抗静电性能,还可以解决聚苯胺的加工问题.基于近年来聚酰胺/聚苯胺导电复合材料的制备方法和复合材料特性,综述了聚酰胺/聚苯胺复合纤维、复合薄膜、复合粉末、三相复合等导电复合材料体系的制备方法、研究进展及应用领域.     

聚苯胺/顺丁橡胶复合导电膜的制备与性能(Ⅱ)

采用再掺杂方法制得了樟脑磺酸掺杂的聚苯胺(PAn-CSA),用溶液共混法制备PAn／BR导电复合膜．研究了聚苯胺与顺丁橡胶(BR)复合膜在间甲酚二次掺杂前后电导率的变化。实验表明:CSA对聚苯胺有较好的掺杂作用;二次掺杂使PAn复合膜电导率明显提高,其导电渗滤阈值略有降低,使卷曲的二次掺杂PAn链展开并通过分子链间的相互作用而自行组成导电通路．     

聚苯胺水基胶体分散液及其复合物的研究 Ⅰ制备、表征及复合物的表观形貌、力学性能

以聚乙烯醇（ＰＶＡ）为稳定剂（ｓｔｅｒｉｃｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ）利用分散聚合（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｉ ｚａｔｉｏｎ）的原理，成功地制备出了稳定的聚苯胺（ＰＡｎ）水基胶体分散液．聚苯胺颗粒的大小受聚合条件如稳定剂浓度、单体浓度、温度以及搅伴状态等的影响．ＰＶＡ通过物理作用吸附在ＰＡｎ颗粒的表面，起到阻止ＰＡｎ颗粒进一步团聚的作用．但这种作用力较弱．ＰＡｎ颗粒的原始尺寸大小约为２０ｎｍ．由此原始颗粒组成了尺寸在１００ｍｍ～２００ｍｍ左右的稳定颗粒     

分散聚合水基聚苯胺乳胶微球制备与表征

水溶性空间稳定剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）存在时，采用分散聚合制备水溶性单分散的聚苯胺(PAn)乳胶粒子，采用透射电子显微镜（TEM）观察粒子形态及尺寸；利用紫外-可见吸收光谱对胶体分散体系进行表征.实验结果表明，当PAn含量较少（w< 16.78％）时， PAn-PVP复合乳胶粒子呈米粒状；当PAn含量较大（w >23.22％）时， PAn-PVP复合乳胶粒子呈球形.     

碳纸负载电极在乳液法合成聚苯胺电化学性能分析中的应用

首次采用碳纸负载聚苯胺(PAn)为工作电极,探讨了反应时间对乳液法合成PAn电化学性能(循环伏安、交流阻抗及塔菲尔曲线)的影响,并通过对产物电导率、产率及特性粘度的对比分析,印证了产物电化学性能的表征结果.实验结果表明,循环伏安曲线均能有效表征出PAn的三对氧化还原特征峰,交流阻抗曲线均出现一个几乎完整的半圆;且产物的循环伏安、交流阻抗、塔菲尔、产率及电导率随反应时间的变化趋势一致,在反应5h时,PAn的各项性能指标较好.结果显示,利用碳纸作为负载电极,可以对乳液法合成PAn的电化学性能实施有效的实时表征.     

聚苯胺水基胶体分散液及其复合物的研究 Ⅱ紫外光谱及导电性能

利用紫外可见光谱研究了聚苯胺（ＰＡｎ）在水基胶体分散液中掺杂与脱掺杂过程，证实了ＰＡｎ的掺杂与脱掺杂是完全可逆的过程．当ｐＨ＝３５时，开始脱掺杂，当ｐＨ＝６０时，脱掺杂已基本结束．ＰＡｎ颗粒的大小也对紫外光谱有影响．当聚苯胺颗粒尺寸达到纳米量级时（１００ｎｍ），复合膜光谱吸收峰明显兰移，表现出了表面效应和量子尺寸效应．聚苯胺／聚乙烯醇复合膜的电导率不仅受聚苯胺含量的影响，同时也受复合膜中聚苯胺颗粒聚集状态的影响．较小的聚苯胺颗粒，使复合膜具有较低的渗滤阈值．     

Electrochemical Polymerization of Aniline at Low Supporting-Electrolyte Concentrations and Characterization of Obtained Films

Conductive polymers of aniline were synthesized in aqueous acidic media such as perchloric, sulfuric, hydrochloric, phosphoric, and trifluoroacetic acids and the effect of supporting electrolyte was investigated. The conductivity of each polyaniline (PAn) sample was determined by the four-probe technique. PAn (H₂SO₄) sample was shown to have the highest conductivity, specifically, 3.55 S cm^–1. The effect of concentrations of monomers and acids on the conductivity of PAn's was studied. It was observed that the conductivity decreased with increasing aniline concentration and increased with increasing sulfuric acid concentration. The conductivities of PAn (CF₃COOH) were also investigated in different supporting electrolytes and highly good increments of its conductivities were obtained. Magnetic properties of the PAn salts were analyzed by Gouy balance measurements and it was found that their conducting mechanisms are of bipolaron nature. From the FTIR analysis it was found that polymerization occurs via the –NH₂ group in a head-to-tail mechanism. The thermal analyses revealed that PAn (HCl) among the PAn salts studied shows the highest thermal stability. Surface analyses of polymers were clarified by scanning electron microscopy. From elemental analysis results, PAn salts were concluded to be in emeraldine structure.     

PAn-PEG-PAn三嵌段共聚物的合成和表征

在合成α,ω-双(对氨基苯基)聚乙二醇(BAPPEG)的基础上, 用化学氧化共聚法制备了PAn-PEG-PAn三嵌段共聚物. 研究了共聚时苯胺(An)与BAPPEG摩尔比(r)对共聚物的化学组成、UV-Vis谱图、热稳定性和在水溶液中的自组装特性的影响. 结果表明：随着r的增加, 共聚物中PAn链段的含量增大；其UV-Vis谱图中对应PAn链段的吸收峰出现红移, 且红移的程度增加； 热稳定性提高. 三嵌段共聚物在水中表现出自组装特性： 随着r的增加, 先形成粒径约为90 nm的PAn链段/PEG链段球型核壳胶束, 然后形成长为400～800 nm, 直径约为30 nm的棒状结构, 和棒状结构聚集形成的网状结构, 最后又变成球型胶束.     

间甲酚溶液中掺杂聚苯胺的氧化-还原行为研究

在有、无外加恒定磁场(0.4T)条件下,采用乳液聚合法合成了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺(PAn),通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、在有/无外电场作用下产物/m-cresol溶液的电导率、pH及其颜色随温度变化的分析表征,系统研究了温度对PAn/m-cresol溶液中PAn氧化-还原(掺杂-脱掺杂)行为的影响.溶液电导率和pH的测试结果显示,溶液电导率与溶液中游离掺杂酸的浓度成正比,PAn的掺杂度随温度的升高而降低,随温度的降低而增大,且在相同温度下,有、无外电场作用时PAn/m-cresol溶液的电导率存在突跃.与无磁场条件下合成的PAn所制备的m-cresol溶液相比,磁场条件下合成的PAn所制备的m-cresol溶液电导率的突跃更加显著.经脱掺杂处理后的PAn/m-cresol溶液的电导率均较低,对温度变化的响应极其微弱,且在有、无外电场作用时不发生突跃.分析认为,这是由于外电场作用下m-cresol溶液中掺杂态的PAn分子发生了取向重排,而脱掺杂的PAn则无此变化.PAn在外电场作用下的取向重排及氧化-还原性均与其掺杂程度相关,掺杂程度越高,氧化-还原及取向重排越显著.     

膜相渗透原位化学聚合法制备PAn/CA复合透膜

采用膜相渗透原位化学聚合法,使苯胺(An)原位化学聚合于醋酸纤维素(CA)基体膜的微孔壁中,得到均匀分布的PAn/CA复合导电透膜.通过研究聚合反应条件对复合透膜的导电性能和CO₂/O₂表观分离性能的影响,获得了制备性能较优的PAn/CA复合导电透膜的适宜条件.结果表明,采用膜相渗透化学原位聚合法制备的PAn/CA复合导电透膜,平均孔径明显变小,孔径分布变窄,具有优于CA基体膜的微孔结构形态.     

磁场及反应条件对十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺聚合成膜速率的影响

在恒定磁场(0.6 T)条件下, 采用过硫酸铵(APS)为引发剂, 在乳液体系中合成了十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的聚苯胺(PAn). 借助石英晶体微天平(QCM)实时监测苯胺(An)在金电极表面聚合成膜过程, 探讨了磁场、APS浓度、DBSA浓度及反应温度对DBSA掺杂聚苯胺聚合成膜速率的影响. 实验结果表明, PAn在金电极表面的成膜速率随磁场强度的增加而增大; 由反应物浓度与PAn成膜速率的关系, 得出相应的动力学反应级数; 由PAn膜的增长速率与温度的关系, 得到成膜过程的活化能为41.08 kJ/mol. 考察了PAn聚合过程的UV-Vis光谱, 并与QCM所得的结果进行了比较. 结果显示, 在相同时间内, 磁场环境下合成的PAn的吸收强度大于无磁环境下合成的PAn.