聚苯胺复合材料的研究进展及其应用

聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 （PMMA） 有 着 优 异 的 光 学 性能， 在可见光区具有很好的透明性和光致发光 性。 将 PANI 与 PMMA 复合，得到的 PANI 以互穿 网络结构分散在 PMMA 基体中[21]。 随着 PMMA 含 量增大，复合物的光致发光强度增加。 复合后，还 可很好地改善 PANI 的机械性能和加工性能。
Abstract: The research progresses of composites of polyaniline compounded with nano inorganic componnds, as CNTs, carbon black, Fe3O4, TiO2 and montmorillonite etc. were summerized, and its applications in metal anticorrosive, antistatic material, sensor and wave absorber were concisely introduced also.
颜 海 燕 等[5]合 成 的 PANI/Fe3O4 复 合 物 在 9.3 GHz 微波场中同时具有介电损耗和磁损耗， 通过 改变 Fe3O4 浓度可以调节复合材料的电磁参数，当 Fe3O4 质量分数为 10 %时，复合材料的 tgδε=0.187， tgδμ=0.035，具有最大微波损耗-7.641 dB。
以纳米铁氧体材料与 PANI 进行复合，可得到 同时具有导电性、磁性和纳米效应的复合材料，这 在电磁屏蔽和雷达吸波材料等方面有广阔的应用 前景。
Wan 等[3]在 苯 胺 聚 合 的 同 时 合 成 纳 米 Fe3O4， 所得的复合物具有较高的室温电导率（最大为 0.8 S/cm）、较高的饱和磁化强度（～10.0 emu/g）和较低 的矫顽力（Hc≈0）。
苏 碧 桃 等[9]利 用 苯 胺 在 无 模 板 条 件 下 ， 通 过 在 纳米 TiO2 微粒表面的原位氧化聚合， 制备了电导 率最大为 2.86 S/cm 的 PANI/TiO2 复合物。 复合材 料 的 形 貌 呈 纤 维 状 ， 直 径 约 20～40 nm， 长 度 为 390～420 nm。 1.4 PANI/蒙脱土复合材料
关键词 聚苯胺 复合材料 纳米材料 聚合物
Research of Polyaniline Composites and Their Application
Xia Xiaoqian1 Shen Yufang1，2 Guo Wenyong1，2 Yu Jie1，2
(1. Hubei Research Institute of Chemistry, Wuhan， 430074; 2. Haiso Science and Technology Limited Liability Company, Wuhan， 430074)
Keywords: polyaniline; composite; nanomaterial; polymer
在众多的导电高分子材料中， 聚苯胺（PANI） 以其单体原料易得、合成工艺简单、可通过控制掺 杂率与氧化程度得到所需的导体、 易实现从绝缘 体到导体的转变，同时还具有优异的物理性能、良 好的环境稳定性等优点， 从而成为当今导电高分 子研究的热点。 将 PANI 与其他材料复合，可以改 善其性能，并进一步拓宽导电 PANI 的应用领域。
另外，还可利用电纺技术制备具有荷叶结构的 PANI/PS 复合膜[18]。 这种复合膜在强酸强碱类的腐 蚀性或强氧化性溶液中，仍表现出稳定的超疏水性 和导电性，是一种具备自洁效应的新型材料。 这也 为进一步拓宽导电高分子的应用打下了基础。 2.3 PANI/聚酰亚胺复合材料
聚 酰 亚 胺 （PI） 具 有 优 良 的 耐 高 低 温 、 耐 腐 蚀 、 电绝缘、高尺寸稳定和低介电常数等性能，适合作 为 研 制 薄 膜 电 容 器 的 介 质 基 材 [19]。 利 用 原 位 聚 合 沉 积 ，以 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 （PVP）为 空 间 稳 定 剂 ，HCl 为介质酸和掺杂剂， 可以在PI膜表面制备高导电 PANI层，形成PANI/PI/PANI三层复合膜[20]。 复合膜 表面PANI层外观质量优异，电导率达100 S/cm，有 望制作有机介质电容器及其他有机电子或光电子 器件。 2.4 PANI/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料
收 稿 日 期 ：2010-08-16
备 了 PANI/多 壁 碳 纳 米 管 （PANI-MWCNTS） 复 合 物 ，此复合物具有高电 导 率 （27 S·cm-1）和 热 稳 定 性。
Wu 等[2]通 过 原 位 聚 合 法 ，以 不 同 的 炭 黑 含 量 （5%~30%质 量 分 数 ）， 合 成 了 PANI 包 裹 炭 黑 的 核-壳结构复合物，再将复合物以填料形式加入环 氧树脂中形成吸波材料。 研究发现，随着炭黑含量 的增大，复合物的电导率随之升高。 1.2 PANI/Fe3O4 复合材料
1 PANI/无机物复合材料
将 PANI 与纳米无机材料复合，不仅保留了高 分子材料的优点， 而且可以发挥无机纳米粒子的 特殊性能，从而拓宽了高分子材料的应用领域。 1.1 PANI/CNTs 复合材料
将 PANI 与碳纳米管(CNTs)进行复合，可制备 出 高 电 导 率 能 应 用 于 较 高 温 度 的 新 型 材 料 。 GinicMarkovic 等[1]研究了利用超声引发，原位聚合法制
Deng 等[4]在 苯 胺 聚 合 过 程 中 加 入 Fe3O4 磁 流
第1期
夏小倩， 等. 聚苯胺复合材料的研究进展及其应用
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体，合成了平均粒径为 80 nm 的 PANI/Fe3O4 的核壳复合物。 随着 Fe3O4 含量的增大，PANI 的掺杂度 减小，复合物电导率减小。 此外，复合物的铁磁性 也取决于 Fe3O4 的含量。 由于 Fe3O4 与 PANI 链的 相互作用，使复合物的热稳定性有所提高。
Yuan 等[17]以 聚 苯 乙 烯 磺 酸 钠 为 稳 定 剂 ，盐 酸 为掺杂剂，一锅法制备了 PANI 包覆的聚苯乙烯微
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塑料助剂
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球，此微球具有均一光滑的表面形貌。 材料的电导 率为 0.0017 S/cm，由 HCl 蒸汽再掺杂后电导率可 达到 0.1 S/cm。
Wu 等 [11] 报 道 了 用 插 层 聚 合 法 制 备 的 PANI/ MMT纳米复合物， 发现90%以上的PANI分子链被 插入蒙脱土的片层中间， 由于PANI分子链在受限 的 纳 米 空 间 中 生 成 ，PANI 以 伸 展 的 单 分 子 链 构 象 存在，这种构象在通常的苯胺聚合中不可能生成。
2 PANI/聚合物复合材料
将 PANI 与加工性能相对较好的聚合物，如聚 乙烯醇（PVA）、聚苯乙烯（PS）、聚酰亚胺（PI）、聚甲 基丙烯酸甲酯（PMMA）等复合，可以在保留高电导 率的同时，改善材料的机械加工性能。 2.1 PANI/聚乙烯醇复合材料
PVA分子链上含有大量羟基， 分子链间易形 成氢键，具有较高的机械强度和韧性，力学性能良 好。 王孝华[13]以PVA为基质材料，使苯胺在其溶液 中 聚 合 ，制 备 了PANI/PVA复 合 膜 ，并 考 察 了 其 力 学性能。 所得的盐酸掺杂的PANI/PVA复合膜的电 导率为13.2 S/cm，最大拉伸断裂强度为60.8 MPa。
另外， 还可以通过原位化学氧化乳液聚合的 方法，制备具有良好导电性能的 PANI/PMMA 复合 导 电 膜[22]，电 导 率 最 大 为 1.2×10-2 S/cm，复 合 膜 的 热稳定性较 PANI 有所提高。 将掺杂态 PANI 与有 机 硅 改 性 的 PMMA 复 合 ， 用 溶 液 复 合 法 制 备 PANI/PMMA 复合电 致 变 色 膜[23]，在 外 加 电 压 作 用 下其颜色在绿色至蓝黑色之间可逆变化。 且其中 的偶联剂组分能提高电致变色膜与 ITO 导电玻璃 基底的粘结性，及改善复合膜的耐溶剂性能。
Mohammad 等[7]通过水解再沉淀法先合成 TiO2 颗粒， 再用其催化苯胺-邻氨基苯磺酸的聚合，并 在自由基氧化剂作用下， 使用一锅法紫外引发制 备磺化 PANI-TiO2 （SPAni-TiO2） 纳米复合物，与 SPAni 相比，其具有更好的热稳定性。 通过紫外引 发产生的大量水和电子可以还原金属离子， 避免 加入额外的还原剂以防止副反应的发生， 同时还 可以加速 TiO2 的形成。 此外，作者又通过反相乳液 聚合法制备了直径为 50~200 nm 的 PANI/TiO2 纳 米复合物[8]。 和未加入纳米 TiO2 的 PANI（电导率为 0.38 S·cm-1）相比，PANI/TiO2 复合物的电导率略有 降低（0.11 S·cm-1），但是 PANI/TiO2 复合物的热稳 定性较普通 PANI 好。
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聚苯胺复合材料的研究进展及其应用
夏小倩 1 沈玉芳 1, 2 郭文勇 1, 2 于 洁 1, 2
（1. 湖北省化学研究院， 武汉， 430074； 2. 华烁科技股份有限公司， 武汉， 430074）
摘 要 综述了聚苯胺与纳米无机物如碳纳米管、炭黑、Fe3O4、TiO2、蒙脱土等以及一些加工性能较 好的聚合物的复合材料研究进展，并简要介绍了其在金属防腐、抗静电材料、传感器和吸波材料等领域的 应用。
王 鹏 等[12]利 用 乳 液 聚 合 法 制 备 了 DBSA 掺 杂 的 PANI/蒙 脱 土 （PANI-DBSA/MMT）纳 米 复 合 物 ， 并 对 其 微 波 吸 收 特 性 进 行 了 研 究 。 发 现 PANIDBSA/MMT 纳米复合物在 9.1～12.5 GHz 范围内反 射损耗大于-10 dB，在 11 GHz 处存在的最大反射 损耗为-15.8 dB。