論文開(kāi)題報(bào)告：氟化聚苯胺的合成及性能研究

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
學(xué)院：　化工學(xué)院　　　　　　　　　　　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)：化學(xué)工程與工藝

課題名稱(chēng) 氟化聚苯胺的合成及性能研究

1、本課題的的研究目的和意義：
聚苯胺( PANI) 以其具有的多樣結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的摻雜機(jī)制、優(yōu)越的環(huán)境穩(wěn)定性、原料的價(jià)廉易得、制備過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),已成為最有應(yīng)用前途的防腐、導(dǎo)電高分子之一, PANI防腐涂料具有獨(dú)特的抗劃傷和抗點(diǎn)蝕性能, 使其成為一種前景廣闊的并特別適合于新型金屬腐蝕的防護(hù)涂料。 然而, PANI 鏈上存在苯環(huán),鏈間氫鍵相互作用以及電荷離域效應(yīng),導(dǎo)致聚合物鏈剛性不溶不熔,嚴(yán)重妨礙了其在各個(gè)領(lǐng)域的大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此,如何改進(jìn)PANI 的加工性能是促進(jìn)PANI 實(shí)用化的關(guān)鍵。
含氟聚苯胺是電活性高聚物家族中的新秀,已經(jīng)成為該領(lǐng)域中的一個(gè)嶄新的研究課題,國(guó)外在這一研究領(lǐng)域報(bào)道了開(kāi)創(chuàng)性的研究工作,取得了令人振奮的研究成果,然而,就目前的研究而言,積累還
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一步開(kāi)發(fā)應(yīng)用。研制合成高品質(zhì)的含氟聚苯胺,對(duì)于我國(guó)開(kāi)發(fā)新型功能修飾材料、進(jìn)一步拓寬導(dǎo)電高分子的應(yīng)用領(lǐng)域有重要意義。與聚苯胺相比,聚氟苯胺的溶解性有了很大的提高,無(wú)論是摻雜態(tài)還是非摻雜態(tài)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結(jié)構(gòu)決定,而不是聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量[1,2, 7]。由于氟基團(tuán)的吸電子效應(yīng)顯著,使苯胺主鏈的共軛長(zhǎng)度變短,鏈剛性減弱,取代基的空間位阻效應(yīng)也能增大分子鏈間距離,從而有效地提高了其在有機(jī)溶劑中的溶解性[1, 2,6～8]。
長(zhǎng)期以來(lái), 有機(jī)導(dǎo)電功能材料的難溶熔性一直是其工業(yè)化進(jìn)程中的攔路虎,為此,人們進(jìn)行了不懈的努力。在苯胺主鏈上引入取代基團(tuán)是一種切實(shí)有效的改性手段[1～3]。相比而言,在苯環(huán)上引入氟基團(tuán)或含氟基團(tuán)比引入烷基、烷氧基等推電子基更能提高聚苯胺的溶解性[6～8,11]。氟苯胺與苯胺共聚而成的含氟聚苯胺,在NMP、THF等普通有機(jī)溶劑中也有良好的溶解性[1,2,6～8],顯著改善了聚苯胺不溶的缺點(diǎn),為制備不同大小的導(dǎo)電功能膜帶來(lái)了便利。去摻雜的含氟聚苯胺溶解在NMP中,在80℃澆鑄成膜,膜的抗張強(qiáng)度達(dá)到27MPa[1]。顯然,所有這些加工性方面的改善都與聚氟苯胺自身具有良好的溶解性密切相關(guān)。
聚氟苯胺經(jīng)碘摻雜數(shù)天后電阻可明顯下降。P2FAN、聚間氟苯胺(P3FAN)的電阻由摻雜前200MΩ降低為200kΩ左右。特別是聚對(duì)氟苯胺(P4FAN)在經(jīng)過(guò)數(shù)十天的摻雜后,電阻降低到僅40Ω[6,11]。摻雜前P4FAN的ESR圖是非對(duì)稱(chēng)的單譜線,在經(jīng)過(guò)264h的碘摻雜后,其信號(hào)強(qiáng)度明顯增加,線寬也有所增加,譜線由非對(duì)稱(chēng)變?yōu)閷?duì)稱(chēng)�？梢�(jiàn),P4FAN由幾乎絕緣態(tài)變?yōu)楹芎玫膶?dǎo)電態(tài)。P4FAN電導(dǎo)率的提高主要是因?yàn)榈鈸诫s促使了主鏈中苯式結(jié)構(gòu)單元向醌式結(jié)構(gòu)單元的轉(zhuǎn)化,并在醌式結(jié)構(gòu)單元中發(fā)生了分子內(nèi)的氧化還原反應(yīng),形成了極化子,從而提高了電導(dǎo)率。這一現(xiàn)象也為其他導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)性的改善與提高提供了新思路。如何尋找更有效的摻雜劑,改變摻雜方式,尋找出電活性更高的聚合物,是值得深思的新課題。質(zhì)子酸摻雜后電導(dǎo)率難以提高的原因,一方面可能在于含氟基團(tuán)使聚合物主鏈共軛程度降低[1,14],另一方面在于聚氟苯胺依然處在弱堿性狀態(tài),削弱了質(zhì)子酸的摻雜能力[6, 7]。
將氟苯胺與苯胺共聚后,所得含氟苯胺共聚物的電導(dǎo)性較均聚物有顯著提高。鄰氟苯胺與苯胺的電化學(xué)氧化共聚物膜的電導(dǎo)率可提高到3.19S/cm [1, 2],而由鄰氟苯胺與苯胺的化學(xué)氧化共聚法合成的共聚物粉末也顯示出0.315S/cm的電導(dǎo)率[1]。作者利用同樣方法合成的鄰三氟甲苯胺與苯胺的共聚物粉末,當(dāng)投入*(鄰三氟甲苯胺) =10%時(shí),所得含氟聚苯胺共聚物的電導(dǎo)率也在0.001數(shù)量級(jí)。作者還發(fā)現(xiàn)共聚物電導(dǎo)性不僅和單體分子結(jié)構(gòu)有關(guān),而且還和聚合條件有關(guān)。因此,在提高含氟聚苯胺溶解性的同時(shí),保持高的電導(dǎo)性,探索新的合成條件、研究尋找更合適的單體配比將是今后的研究方向。
3、 本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）和成果形式：
（1） 采用乳液聚合工藝合成聚苯胺以及聚氟苯胺；
（2） 采用半連續(xù)乳液聚合合成聚苯胺以及聚氟苯胺；
（3） 優(yōu)化工藝，降低含水量，提高固含量以及乳液的乳化效果。






4、 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：

[1] 低含水量、高固含量聚苯胺的合成工藝；
[2] 篩選合適的乳化劑，提高乳液聚合乳化效果 ……（未完，全文共5333字，當(dāng)前僅顯示1873字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開(kāi)題報(bào)告：氟化聚苯胺的合成及性能研究》）