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本论文以高分子导电功能复合乳胶粒子的可控制备、性能及其应用研究为总体方向,以制备方法的简单实用,过程与结构的可控性,结果及其性能的优良为具体的追求目标。本研究中,在非均相聚合、界面反应以及导电聚合物化学氧化聚合方法等相关理论指导下,提出了新颖、独特的导电高分子复合粒子制备方法,获得了导电高分子复合乳胶粒子,同时可以对粒子的结构、形态及尺度等进行精确、有效的控制。
本文从设计思路、方法实施过程、机理以及结果的优越性、可控性等方面展开,具体进行了下述两个方面的研究:
(1)核-壳型聚苯乙烯/聚3,4-乙撑二氧噻吩(PS/PEDOT)导电高分子复合微粒子的制备、结构控制及其红外消光特性的研究。以本实验室前期工作中提出的“溶涨-扩散-界面聚合”思路为基础,从3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)的化学氧化聚合机理出发,充分利用其聚合反应过程的特点,结合界面聚合方法中物理扩散与化学反应的协同效应与竞争作用,制备了核一壳型PS/PEDOT导电高分子复合粒子。其大致过程为,首先将疏水的EDOT溶胀在PS种子粒子中,然后在掺杂酸作用下,利用EDOT离子化后亲水性的提高促使其向水介质中扩散,在扩散经由粒子界面时与水相中的氧化剂反应发生化学氧化聚合,形成导电高分子壳层。因为体系中的EDOT首先被溶胀于PS粒子中,要想实现化学氧化聚合,EDOT必须经历一个“由内而外”,即从种子内部向粒子外扩散的过程,因此,这一方法在有效提高覆盖率和提高结构均匀性这两方面,均提供了充分的保证。而且,EDOT扩散的可控性一定程度地决定了PEDOT壳层结构、形态和厚度等性能的可控性。通过改变EDOT溶涨量、采用不同体系温度或者调节不同掺杂酸滴加速度以调节EDOT的扩散及其聚合之间的平衡,即可对复合粒子的结构及其微观形貌予以有效的控制。此外,初步探讨了复合粒子的红外消光特性。
(2)聚苯胺包覆的核-壳复合乳胶应用于导电乳胶漆的性能研究。采用前期工作中方法可控制备得到的聚苯乙烯/聚苯胺(PS/PANI)复合乳胶粒子为导电功能填料,丙烯酸丁酯(BA)与苯乙烯(st)核壳乳胶粒子为粘结组分,制备了水性乳胶导电功能涂料,并针对其导电特性进行了相关性能研究。采用的本实验室制备的PS/PANI复合乳胶粒子作为导电填料,制备水性导电乳胶涂料,具有如下特色与优点:本实验室提出的“溶胀-扩散-界面聚合方法”制备的PS/PANI复合乳胶粒子,比较传统的聚合沉淀法制备的复合乳胶,能以更简单有效的手段制备的导电高分子包覆壳层更为均一、完整。更为重要的是,能够以很低的ANI投料量制得包覆均匀、完整的复合乳胶粒子,达到相同效果所需要的PANI量更少,效率高而成本低;采用PS/PANI复合乳胶作为导电填料,相比采用无机金属填料,与粘结组分之间具有更加优良的相容性;本章所研究的导电涂料其导电填料组分及粘结组分均为水性乳胶体系,是一种低VOC,环境友好的水性涂料。