原位聚合法制備聚苯胺-羰基鐵粉復(fù)合材料.pdf

1、導(dǎo)電聚苯胺(PANI)因?yàn)楹铣珊唵?，原料易得，電?dǎo)率高，環(huán)境穩(wěn)定性好等特點(diǎn)被認(rèn)為是最具工業(yè)應(yīng)用前景的導(dǎo)電高分子。羰基鐵粉(CIP)具有優(yōu)良的磁滯損耗性能，在磁流變液、吸波材料和電磁屏蔽材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。利用原位聚合法合成聚苯胺/羰基鐵粉復(fù)合材料，兼具聚苯胺的質(zhì)輕、導(dǎo)電、耐溫、環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)和微、納米級羰基鐵粉的飽和磁感強(qiáng)、磁滯損耗高等優(yōu)點(diǎn)，既具有電致?lián)p耗又兼具磁滯損耗，可以用于制備“薄、輕、寬、強(qiáng)”的新型微、納米級復(fù)合寬頻吸

2、波材料，在吸波隱身技術(shù)方面有著潛在的應(yīng)用前景。
　　 本文主要探討了原位聚合法(分散聚合體系)制備PANI/CIP復(fù)合材料的工藝條件，考察了鹽酸濃度、羰基鐵粉用量、空間穩(wěn)定劑PVP用量、摻雜酸種類和預(yù)攪拌時(shí)間等工藝條件對復(fù)合物形貌與性能的影響，對制備的PANI/CIP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了表征和測試。同時(shí)研究了鐵粉表面改性對復(fù)合材料性能的影響。對原位聚合法制備PANI/CIP復(fù)合材料的合成機(jī)理進(jìn)行了初步探討。
　　

3、結(jié)果表明，采用原位聚合法可以方便地制備結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)良的PANI/CIP復(fù)合材料。聚苯胺以顆粒狀密集地包覆在羰基鐵粉表面，呈核-殼結(jié)構(gòu)，表面包覆的聚苯胺初級顆粒尺寸約為10-20nm。鐵粉間同時(shí)生成大量自由分散的聚苯胺大顆粒，尺寸在100-200nm之間。羰基鐵粉表面包覆的聚苯胺殼層呈現(xiàn)出多層次結(jié)構(gòu)。10nm左右的初級聚苯胺粒子有團(tuán)聚成尺寸約100-200nm的大聚苯胺粒子的趨勢，共同構(gòu)成致密的底層。此外，聚苯胺底層表面上吸附、沉積有溶液

4、中生成的尺寸約100-200nm的聚苯胺顆粒，沉積大顆粒也是由10nm左右的初級聚苯胺粒子構(gòu)成。
　　 PANI/CIP原位復(fù)合工藝受多種因素制約，如活性較強(qiáng)的羰基鐵粉在酸環(huán)境中易生成大量泡沫使反應(yīng)體系不穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化工藝條件得到了穩(wěn)定的反應(yīng)工藝，制備出結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的復(fù)合材料。結(jié)果表明，采用0.15mol·L-1的鹽酸為摻雜酸，CIP/An質(zhì)量比為1:1，PVP-K90質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％，預(yù)攪拌時(shí)間為2小時(shí)的條件下，反應(yīng)體系

5、穩(wěn)定，制備的PANI/CIP復(fù)合材料形貌良好，電導(dǎo)率較高。
　　 為進(jìn)一步優(yōu)化工藝和改善PANI/CIP復(fù)合材料的性能，分別采用不同方法對羰基鐵粉表面進(jìn)行改性。采用正硅酸乙酯(TEOS)改性，能夠在鐵粉表面形成二氧化硅保護(hù)層，保護(hù)鐵粉在短時(shí)間內(nèi)不被腐蝕，耐酸性提高。以TEOS改性羰基鐵粉為基體制備的PANI/CIP復(fù)合物表面的聚苯胺粒子均勻致密，形貌較好。采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性羰基鐵粉，在鐵粉表面固定-NH

6、2基團(tuán)，有效改善了鐵粉與苯胺的界面相容性，促進(jìn)了苯胺在鐵粉表面原位聚合。使鐵粉表面包覆的聚苯胺初級粒子尺寸更小，細(xì)膩均勻，致密程度提高，包覆效果明顯改善。
　　 機(jī)理研究表明，聚苯胺在鐵粉表面的原位沉積過程大致分為三步：苯胺陽離子自由基在鐵粉表面吸附成核，快速聚合增長，到達(dá)飽和、反應(yīng)終止?？臻g穩(wěn)定劑的選擇和用量對制備高質(zhì)量的復(fù)合材料十分重要。采用高分子量PVP-K90能保證PANI穩(wěn)定沉積到鐵粉表面，保證溶液中生成尺寸均勻的PA