聚苯胺復合材料的發展與應用

摘 要：聚苯胺具有很好的化學穩定性、電化學可逆性、熱穩定性以及電磁波吸收性，已經成為研究發展最快的導電高分子。以聚苯胺為主的復合材料可被應用于二次電池，金屬防腐，電磁屏蔽和導電纖維等領域。

關鍵詞：聚苯胺；導電聚合物；復合材料

中圖分類號：TQ31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

聚苯胺具有穩定的化學性質、熱穩定性、電化學可逆性以及電磁波吸收性，加之其具有良好的加工性能，原材料價格便宜易得，合成方法簡單，使其成為最有可能被廣泛應用，研究進展最快的導電高分子材料。但聚苯胺的合成、溶解及應用方面還有許多問題有待進一步研究和解決。以聚苯胺為主的復合材料正被研究應用于金屬防腐、隱身技術、船舶防污技術、二次電池、抗靜電技術、導電纖維和電磁屏蔽等領域。

一、聚苯胺的制備方法

（一）電化學聚合法

電化學聚合法是選擇合適的電化學環境，在陽極上，使苯胺發生氧化反應并在電極表面生成聚苯胺薄膜或粉末。采用電化學方法合成聚苯胺，反應條件簡單，易于控制且得到的產物純度高，但合成量較少，不適于批量化生產。恒電流法、恒電位法、脈沖極化法及動電位掃描法是常用的電化學聚合法。溶液中陰離子的種類、電解質溶液的酸度、苯胺單體的濃度、電極電位、電極材料以及聚合反應溫度等都是影響聚苯胺的電化學法合成的因素[1]。其中對聚苯胺的聚合影響最大的是電解質溶液的酸值。當溶液pH<1.8時，聚合得到的聚苯胺膜具有氧化還原活性且具有多種可逆的顏色變化；當溶液pH>1.8時，聚合得到的聚苯胺膜無電活性，屬于惰性膜。

（二）化學氧化聚合法

在酸性環境中，利用氧化劑使苯胺發生的氧化聚合反應就是化學氧化聚合法。化學氧化聚合法是制備大批量的聚苯胺最常使用的方法。單體濃度、反應介質酸的種類及濃度、氧化劑的種類及濃度、反應溫度和時間是影響該氧化聚合反應的主要因素。

（三）乳液聚合法

常規乳液聚合法也可以制備聚苯胺。相比前兩種聚合方法，常規乳液法具有很多優勢[2]：（1）采用有機磺酸作表面活性劑可以完成對聚苯胺的摻雜以提高其導電性；（2）以水作載體，產物不需沉淀分離去除溶劑；（3）對于某些特定的需求可直接利用乳狀液，避免復雜的后加工過程。采用乳液聚合法制備的聚苯胺電導率大于1S/cm，且相比于使用化學氧化聚合法合成的聚苯胺其溶解性有明顯提高。

（四）微乳液聚合法

微乳液由適當的比例的水、油、表面活性劑和助表面活性劑，自發形成的，外觀為透明的，各項同性的，且熱力學穩定的分散體系。微乳液法制備聚苯胺乳膠粒其分散性更好，粒度也可隨意調節。

相比常規乳液聚合法，微乳液聚合的特點[3]：（1）微乳液聚合法可以合成納米級的聚苯胺，粒徑分布要窄很多；（2）所得聚苯胺相對分子質量高；（3）微乳液聚合法可縮短聚合時間；（4）所得產物的電導率和產率均得以提高；5.可以提高聚苯胺的溶解度。

二、聚苯胺復合材料的應用

（一）二次電池方面

因其很好的可逆的電化學氧化還原性能，聚苯胺很適合作為電極材料用以制造可反復充放電的二次電池。利用電化學聚合法得到的聚苯胺，可以制作在1.0-1.7V之間充放電效率達100%，可循環利用2000次以上的的蓄電池。以聚苯胺為正極可制備在2.5-4.0V之間充放電效率高達95%，可循環使用超過200次的全固態鋰電池。

（二）金屬防腐方面

據報道，每年由于腐蝕而浪費的金屬材料相當于當年金屬產量的1/3，由腐蝕引起的破壞事件遍及很多場合，造成非常嚴重的損失[4]。二十世紀八十年代，人們發現在酸性介質中利用電化學聚合法制備的聚苯胺膜可以使金屬表面活性鈍化而起到防腐的作用，從此開始了導電高分子膜在防腐領域的應用研究[5]。聚苯胺膜防腐的機理：聚苯胺可以促使金屬的表面形成一層金屬氧化膜，使金屬的電極電位處于鈍化區從而得以防腐。與常用的環氧涂層相比，聚苯胺作為防腐涂料的防腐效果很理想的。聚苯胺復合材料在金屬防腐方面比將存在廣闊的發展前景。

（三）電磁屏蔽材料方面

隨著科技的發展，人們生活水平的提高，手機、電腦、電磁爐、微波爐等電器制品和電子器件的廣泛使用，電磁干擾問題日漸嚴重，電磁屏蔽日益受到關注。聚苯胺因其良好的導電性，以及易加工、重量輕、韌性好、電導率可以調節等特性自然而然地成為一種電磁屏蔽材料。在10MHz-1GHz的頻率范圍內，高導電率的聚苯胺可以實現20dB以上的屏蔽效力。當聚苯胺薄膜的厚度超過20μm時，其屏蔽效力甚至可以大于40dB，完全滿足民用標準。

（四）導電纖維方面

利用聚苯胺制備而成的導電纖維可以具有持久而良好的導電性能，并且具備其它導電纖維所不具備的一個特性：導電纖維的電導率可以通過改變摻雜酸的濃度來輕易調節。將極少量的導電纖維混入普通纖維中就可以賦予纖維制品非常好的抗靜電性能，且不會受到周圍環境的影響。采用濕法紡絲以聚苯胺作為成纖高聚物，N-甲基吡咯烷酮為溶劑，對紡織的纖維進行氧化摻雜即可得到具有高電導率的聚苯胺纖維。

參考文獻：

[1]馬利，湯琪.導電高分子材料聚苯胺的研究進展[J].重慶大學學報（自然科學版），2002（02）：125.

[2]潘春躍，胡惠萍，馬承銀.苯胺乳液聚合條件的研究[J].應用化學，2000（05）：491-493.

[3]朱新生，王新波，孫東豪.微乳液法制備導電聚苯胺的研究[J].合成技術及應用，2002（03）：5-7.

[4]王楊勇，井新利.聚苯胺防腐涂料的研究進展[J].宇航材料工藝，2002（04）：1.

[5]蔣永峰，郭興伍，翟春泉.導電高分子在金屬防腐領域的研究進展[J].功能高分子學報，2002（04）：473.