阴离子表面活性剂体系中超疏水聚苯胺复合材料的制备与性能研究

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材料、能源、信息是当今社会的三大支柱,众多高新材料的诞生使整个世界变的更加丰富多彩。聚合物材料性能优越、质轻价廉,正广泛应用于工农业生产和日常生活的各个方面。导电聚合物材料的出现打破了聚合物不导电的传统观念,并由此诞生了一系列功能优异的高新材料。聚苯胺由于其独特的可逆掺杂/去掺杂性能、电学和光学性能,在电池、传感器、电磁屏蔽、金属防腐等方面存在广泛的应用前景,从而引起了人们的关注。然而,聚苯胺材料在实际应用中还存在一些问题需要解决,比如,聚苯胺的导电性能很容易受到外界环境和天气的影响,在雨雪天气或恶劣的环境条件下其静电传导性能会受到限制甚至消失,从而严重影响其实际使用,如何保证聚苯胺材料在实际环境中性能不受到影响是其应用与推广的重要条件。与水的接触角大于150°的超疏水材料由于其所具有的自清洁、抗腐蚀、抗氧化等优越的性质成为近期的研究热点,然而超疏水材料在使用过程中存在电荷积聚问题,在一些特殊的干燥环境下有可能引发火灾甚至爆炸,因此使超疏水材料具有去除静电的性质具有重要的现实意义。本文的工作集中于制备具有超疏水性能的聚苯胺材料,结合聚苯胺材料的导电性,从而得到具有综合性能的新型功能材料,同时,在制备方法上首次采用了不含氟的表面活性剂来改变材料表面的化学组份,避免了氟污染和高成本等问题。主要的研究结果如下:(1)以聚苯乙烯微球为硬模板,合成得到刺球状聚苯乙烯/聚苯胺复合微球,经阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠掺杂实现材料浸润性由亲水向疏水的转变,并最终得到具有超疏水性能的复合材料。改变实验条件研究了材料微观形貌和表面化学组份与疏水性能之间的关系,研究表明,表面活性剂SDBS是实现材料表面化学组份由亲水转变为疏水的主要原因,刺球状微观形貌大大提升了材料的疏水性使其进入超疏水范围。(2)在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠胶束体系中合成得到棒状聚苯乙烯/聚苯胺复合材料,通过再掺杂十二烷基苯磺酸钠得到具有超疏水性能的复合材料。改变实验条件实现了材料微观形貌由棒状向带状、管状、束状等的可控转变,并研究了材料形貌和表面化学组份与疏水性能之间的关系,研究发现,一维棒状形貌比零维微球状形貌更容易得到超疏水性能,所需要的掺杂十二烷基苯磺酸钠浓度更低。(3)在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠胶束体系中通过一步法合成得到了超疏水聚苯胺材料,从而大大简化了实验流程。改变实验条件同时调控材料的微观形貌和表面化学组份,从而最终调控材料的疏水性能,研究发现,十二烷基苯磺酸钠在反应中同时起到软模板和掺杂剂的作用,较高浓度的十二烷基苯磺酸钠和较强的酸性条件是制备超疏水聚苯胺材料的两个主要控制因素。
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