纖維素-聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料的非均相制備及其導(dǎo)電性能研究.pdf

1、本論文先利用稀酸活化法、超聲法對纖維素進行預(yù)處理，再以預(yù)處理的纖維素為原料，利用化學(xué)氧化法在非均相體系中制備了纖維素-聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料。采用傅里葉紅外光譜(FTIR)和掃描透射電鏡(SEM)研究了復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)；熱重分析(TGA)用于研究復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性；復(fù)合材料的導(dǎo)電性采用四探針儀進行測定。為了研究預(yù)處理技術(shù)對纖維素-聚苯胺復(fù)合材料性質(zhì)的影響，本論文將利用預(yù)處理纖維素制備的復(fù)合材料中聚苯胺含量以及材料導(dǎo)電性和未經(jīng)任何處理的纖

2、維素制備的復(fù)合材料(Composites prepared with cellulose untreated，簡稱CCU)中聚苯胺含量和材料導(dǎo)電性進行了比較。此外，為了進一步提高纖維素-聚苯胺二項復(fù)合材料的導(dǎo)電性，本論文向其中引入納米銀粒子，即制備了纖維素/銀/聚苯胺三項導(dǎo)電納米復(fù)合材料，并對納米銀增強復(fù)合材料導(dǎo)電性的機理進行了探討，主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 1．稀酸活化法非均相制備的纖維素-聚苯胺復(fù)合材料中，聚苯胺大部分是以

3、薄片狀的形式沉積在纖維素表面。由于表面聚苯胺的保護作用，使得復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性較純纖維素明顯提高。FTIR證明纖維素已經(jīng)成功地被稀酸活化，纖維素大分子間的氫鍵斷裂，羥基的反應(yīng)性和可及度提高。然而，這在一定程度上影響了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。二元酸(H2SO4)制備的復(fù)合材料較一元酸(HCl)制備的復(fù)合材料具有更優(yōu)良的導(dǎo)電性；復(fù)合材料中聚苯胺的含量隨著活化時間的增長而增加。然而，當(dāng)活化時間從50 min增加到120 min時，由于聚苯胺的團聚

4、，復(fù)合材料導(dǎo)電性呈現(xiàn)下降趨勢；聚苯胺含量和材料導(dǎo)電性均隨苯胺單體用量的增加而增加，且當(dāng)苯胺用量為0.5g時，二者分別達到最大值。稀酸活化預(yù)處理有效地提高了纖維素的可及度和反應(yīng)性，使復(fù)合材料的導(dǎo)電性較CCU明顯提高。
　　 2．超聲波預(yù)處理使得纖維素表面部分初生壁(P)和次生壁外層(S1)脫落，次生壁中層(S2)裸露。超聲法非均相制備的纖維素-聚苯胺復(fù)合材料中聚苯胺以粒子形式均勻地分散在纖維素表面，沒有明顯地團聚，而CCU中聚苯胺

5、的存在形式與上述相同，但團聚現(xiàn)象嚴(yán)重。團聚的聚苯胺不易徹底氧化分解，這影響了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，使得CCU的殘余質(zhì)量多于前者。兩種復(fù)合材料的FTIR譜圖幾乎一致，這說明超聲波處理不會引起纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變。由于表面復(fù)合的聚苯胺粒子的保護作用，纖維素?zé)岱€(wěn)定有一定地提高。超聲波預(yù)處理使得纖維素中聚苯胺的復(fù)合量增多，但隨著苯胺用量的減少，兩種復(fù)合材料中聚苯胺含量的差值逐漸減小，導(dǎo)電性也呈現(xiàn)相似趨勢。
　　 3．本章節(jié)先是通過超聲法制

6、備了納米銀/纖維素復(fù)合材料，再進一步通過苯胺的化學(xué)氧化聚合成功制備了纖維素/銀/聚苯胺三項導(dǎo)電納米復(fù)合材料。研究表明，超聲法只能在纖維素上復(fù)合少量的納米銀粒子，粒子大小約50 nm。然而，這些少量的納米銀粒子使得纖維素的熱穩(wěn)定性較純纖維素提高近50 ℃。隨著苯胺的不斷氧化聚合，納米銀粒子被包覆在聚苯胺中。包覆納米銀的聚苯胺以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)沉積在纖維素表面，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有利于聚苯胺導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，對復(fù)合材料導(dǎo)電性的提高具有很大的促進作用。纖維素