原位聚合法制備聚苯胺-羰基鐵粉復合材料.pdf

1、導電聚苯胺(PANI)因為合成簡單，原料易得，電導率高，環(huán)境穩(wěn)定性好等特點被認為是最具工業(yè)應用前景的導電高分子。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域得到了廣泛的應用。利用原位聚合法合成聚苯胺/羰基鐵粉復合材料，兼具聚苯胺的質(zhì)輕、導電、耐溫、環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點和微、納米級羰基鐵粉的飽和磁感強、磁滯損耗高等優(yōu)點，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”的新型微、納米級復合寬頻吸

2、波材料，在吸波隱身技術方面有著潛在的應用前景。
　　 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、摻雜酸種類和預攪拌時間等工藝條件對復合物形貌與性能的影響，對制備的PANI/CIP復合材料的結構、性能進行了表征和測試。同時研究了鐵粉表面改性對復合材料性能的影響。對原位聚合法制備PANI/CIP復合材料的合成機理進行了初步探討。
　　

3、結果表明，采用原位聚合法可以方便地制備結構、性能優(yōu)良的PANI/CIP復合材料。聚苯胺以顆粒狀密集地包覆在羰基鐵粉表面，呈核-殼結構，表面包覆的聚苯胺初級顆粒尺寸約為10-20nm。鐵粉間同時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)出多層次結構。10nm左右的初級聚苯胺粒子有團聚成尺寸約100-200nm的大聚苯胺粒子的趨勢，共同構成致密的底層。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成。
　　 PANI/CIP原位復合工藝受多種因素制約，如活性較強的羰基鐵粉在酸環(huán)境中易生成大量泡沫使反應體系不穩(wěn)定。實驗通過優(yōu)化工藝條件得到了穩(wěn)定的反應工藝，制備出結構性能優(yōu)良的復合材料。結果表明，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)量分數(shù)為1wt％，預攪拌時間為2小時的條件下，反應體系

5、穩(wěn)定，制備的PANI/CIP復合材料形貌良好，電導率較高。
　　 為進一步優(yōu)化工藝和改善PANI/CIP復合材料的性能，分別采用不同方法對羰基鐵粉表面進行改性。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層，保護鐵粉在短時間內(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，有效改善了鐵粉與苯胺的界面相容性，促進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，細膩均勻，致密程度提高，包覆效果明顯改善。
　　 機理研究表明，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，到達飽和、反應終止。空間穩(wěn)定劑的選擇和用量對制備高質(zhì)量的復合材料十分重要。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