聚苯胺在涂料中应用

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1、..聚苯胺及其应用摘要：本文综述了聚苯胺的合成、掺杂，以及聚苯胺在涂料、功能材料等方面的应用。1聚苯胺的简介1.1聚苯胺的结构早在1862年，HLethely就报道了聚苯胺（PANI），但直到20世纪70年代后期人们才对聚苯胺进行了深入的研究。聚苯胺可以很容易地用苯胺以化学或电化学方法合成,苯胺单体在酸性条件下化学氧化,或在酸性溶液中进行电化学氧化,即可获得聚苯胺。但由于聚合产物不溶不熔，因而究竟发生了什么聚合反应,聚合产物是什么结构,当时人们是不清楚的。1984年，被美国宾夕法尼亚大学的化学家MacDiarmi

2、d提出聚苯胺的分子结构模型，得到了大多数学者的认同,如下图所示。资料..聚苯胺由还原单元苯二胺和氧化单元醌二亚胺两部分组成，并且根据其氧化还原程度(0≤y≤1)，可以分为全还原态(y=l，简称LEB)，全氧化态(y=0，简称PNB)，以及中间氧化态(也称为本征态，y=0.5，简称EB)。全还原态(y=l)和全氧化态(y=0)都为绝缘态，在0

3、子酸掺杂(如盐酸等)，使其由绝缘体转变为导体。1.2聚苯胺的制备方法聚苯胺的制备方法有两种，一种是电化学合成法，另一种是化学氧化合成法。1.2.1电化学合成法电化学法制备聚苯胺是在含苯胺的电解质溶液中，选择适当的电化学条件，使苯胺在阳极上发生氧化聚合反应，生成粘附于电极表面的聚苯胺薄膜或是沉积在电极表面的聚苯胺粉末。聚苯胺的电化学聚合方法有动电位扫描法、恒电流聚合、恒电位法以及脉冲极化法。影响聚苯胺的电化学法合成的因素有：电解质溶液的酸度、溶液中阴离子种类、苯胺单体的浓度、电极材料、聚合反应温度等。电解质溶液酸度

4、对苯胺的电化学聚合影响最大，当溶液pH<1.8时聚合可得到具有氧化还原活性并有多种可逆颜色变化的聚苯胺膜，当溶液pH>1.8时聚合则得到无电活性的惰性膜。1.2.2化学氧化合成法资料..苯胺的化学氧化合成法具有设备简单、反应条件容易控制等优点。研究较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，目前对它的研究已基本成熟。典型的溶液法合成路线如下：首先在经氮气置换且保护的三口瓶中，依次加入水、盐酸、苯胺，然后在搅拌下滴加(NH4)2S2O8。在一定温度下聚合

5、，将得到的产物过滤，用1mol·L-1的盐酸反复洗涤、过滤至滤液基本无色为止。产物在60℃下，真空干燥48h，得到墨绿色掺杂态聚苯胺。溶液聚合法工艺简单，但所得产品在导电率、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两大类型：一类是水包油(O/W)型，称为普通乳液聚合；另一类是油包水(W/O)型，即反相乳液聚合。它们的差别主要体现在反应连续相的选择上，O/W型乳液的连续相是水，而W/O型乳液的连续相是有机溶剂。乳液聚合较溶液聚合有诸多优点，如聚合速率高、产物分子量高以及产物粒径均匀等。

6、典型的乳液聚合方法：以十二烷基苯磺酸（DBSA）为乳化剂，同时加水、苯胺，再用(NH4)2S2O8引发聚合，反应结束用丙酮和乙醇的混合液破乳，经洗涤、干燥即得产物。乳液聚合所得PANI在溶解性、分子量、热稳定性及结晶形态方面都明显优于溶液聚合。1.2.2.3微乳液聚合资料..微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、苯胺及水在适当配比下自发形成的一种外观透明或半透明、低粘度的热力学稳定体系。微乳液胶粒径分布比常规乳液聚合得到的乳胶粒径分布要窄的多，且聚合物分子质量很高，一般在106以上。聚苯胺的微乳液聚合是目前研究发现

7、的最理想的聚苯胺合成方法，该法不但反应条件容易控制、产物粒径均匀，而且因其粒径都在纳米级别，又使聚苯胺产物具有了纳米粒子的特性，进一步拓宽了它的应用领域。1.3聚苯胺的掺杂掺杂的概念是借用了半导体中掺杂的概念，但是导电高分子的掺杂与半导体中的掺杂是不同的:半导体中掺杂剂的量是很小的，一般只有万分之几，而导电高分子中的掺杂剂量是很大的，有的甚至可以达到50%；其次，二者的导电机制也是不相同的，半导体的载流子是空穴和电子，而导电高分子的导电机制目前还没有形成共同的认识，导电高分子的载流子是弧子、极化子和双极化子；第三

8、，导电高分子的掺杂存在脱掺杂过程，这也是导电高分子稳定性不好最根本的原因。与半导体掺杂存在n和p型掺杂一样，导电高分子的掺杂也有两种掺杂方式:对阳离子结合在高分子链上是n型掺杂;对阴离子结合在高分子链上是p型掺杂。根据在掺杂过程是否发生了电子得失，掺杂反应可分为氧化还原掺杂和非氧化还原掺杂。大部分导电高分子的掺杂反应是氧化还原型，到现在为止只发现聚苯胺的质子酸掺杂过程中没