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论文开题报告:氟化聚苯胺的合成及性能研究

发表时间:2013/8/28 21:21:41


大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院: 化工学院            专业班级:化学工程与工艺

课题名称 氟化聚苯胺的合成及性能研究

1、本课题的的研究目的和意义:
聚苯胺( PANI) 以其具有的多样结构、独特的掺杂机制、优越的环境稳定性、原料的价廉易得、制备过程简单等优点,已成为最有应用前途的防腐、导电高分子之一, PANI防腐涂料具有独特的抗划伤和抗点蚀性能, 使其成为一种前景广阔的并特别适合于新型金属腐蚀的防护涂料。 然而, PANI 链上存在苯环,链间氢键相互作用以及电荷离域效应,导致聚合物链刚性不溶不熔,严重妨碍了其在各个领域的大规模推广应用。因此,如何改进PANI 的加工性能是促进PANI 实用化的关键。
含氟聚苯胺是电活性高聚物家族中的新秀,已经成为该领域中的一个崭新的研究课题,国外在这一研究领域报道了开创性的研究工作,取得了令人振奋的研究成果,然而,就目前的研究而言,积累还
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一步开发应用。研制合成高品质的含氟聚苯胺,对于我国开发新型功能修饰材料、进一步拓宽导电高分子的应用领域有重要意义。与聚苯胺相比,聚氟苯胺的溶解性有了很大的提高,无论是掺杂态还是非掺杂态的聚氟苯胺,都能溶于NMPDMSO、DMF、THF[1,2,7]。研究表明,聚氟苯胺的溶解性主要由分子结构决定,而不是聚合物的相对分子质量[1,2, 7]。由于氟基团的吸电子效应显著,使苯胺主链的共轭长度变短,链刚性减弱,取代基的空间位阻效应也能增大分子链间距离,从而有效地提高了其在有机溶剂中的溶解性[1, 2,6~8]。
长期以来, 有机导电功能材料的难溶熔性一直是其工业化进程中的拦路虎,为此,人们进行了不懈的努力。在苯胺主链上引入取代基团是一种切实有效的改性手段[1~3]。相比而言,在苯环上引入氟基团或含氟基团比引入烷基、烷氧基等推电子基更能提高聚苯胺的溶解性[6~8,11]。氟苯胺与苯胺共聚而成的含氟聚苯胺,在NMP、THF等普通有机溶剂中也有良好的溶解性[1,2,6~8],显著改善了聚苯胺不溶的缺点,为制备不同大小的导电功能膜带来了便利。去掺杂的含氟聚苯胺溶解在NMP中,在80℃浇铸成膜,膜的抗张强度达到27MPa[1]。显然,所有这些加工性方面的改善都与聚氟苯胺自身具有良好的溶解性密切相关。
聚氟苯胺经碘掺杂数天后电阻可明显下降。P2FAN、聚间氟苯胺(P3FAN)的电阻由掺杂前200MΩ降低为200kΩ左右。特别是聚对氟苯胺(P4FAN)在经过数十天的掺杂后,电阻降低到仅40Ω[6,11]。掺杂前P4FAN的ESR图是非对称的单谱线,在经过264h的碘掺杂后,其信号强度明显增加,线宽也有所增加,谱线由非对称变为对称。可见,P4FAN由几乎绝缘态变为很好的导电态。P4FAN电导率的提高主要是因为碘掺杂促使了主链中苯式结构单元向醌式结构单元的转化,并在醌式结构单元中发生了分子内的氧化还原反应,形成了极化子,从而提高了电导率。这一现象也为其他导电聚合物电导性的改善与提高提供了新思路。如何寻找更有效的掺杂剂,改变掺杂方式,寻找出电活性更高的聚合物,是值得深思的新课题。质子酸掺杂后电导率难以提高的原因,一方面可能在于含氟基团使聚合物主链共轭程度降低[1,14],另一方面在于聚氟苯胺依然处在弱碱性状态,削弱了质子酸的掺杂能力[6, 7]。
将氟苯胺与苯胺共聚后,所得含氟苯胺共聚物的电导性较均聚物有显著提高。邻氟苯胺与苯胺的电化学氧化共聚物膜的电导率可提高到3.19S/cm [1, 2],而由邻氟苯胺与苯胺的化学氧化共聚法合成的共聚物粉末也显示出0.315S/cm的电导率[1]。作者利用同样方法合成的邻三氟甲苯胺与苯胺的共聚物粉末,当投入*(邻三氟甲苯胺) =10%时,所得含氟聚苯胺共聚物的电导率也在0.001数量级。作者还发现共聚物电导性不仅和单体分子结构有关,而且还和聚合条件有关。因此,在提高含氟聚苯胺溶解性的同时,保持高的电导性,探索新的合成条件、研究寻找更合适的单体配比将是今后的研究方向。
3、 本课题的主要研究内容(提纲)和成果形式:
(1) 采用乳液聚合工艺合成聚苯胺以及聚氟苯胺;
(2) 采用半连续乳液聚合合成聚苯胺以及聚氟苯胺;
(3) 优化工艺,降低含水量,提高固含量以及乳液的乳化效果。






4、 拟解决的关键问题:

[1] 低含水量、高固含量聚苯胺的合成工艺;
[2] 筛选合适的乳化剂,提高乳液聚合乳化效果 ……(未完,全文共5333字,当前仅显示1873字,请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告:氟化聚苯胺的合成及性能研究》