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引言
导电涂料是涂于高电阻率的高分子材料上,使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的一种功能性涂料,导电涂料具有施工方便、设备简单、成本低廉及应用范围广等诸多优点,应用于电子、建筑、航空和军事等领域。目前的导电涂料多是在基料中添加导电填料而获得,导电涂料用基料树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂及聚氨酯等[1],导电填料为聚苯胺、聚苯硫醚及聚吡咯等,其中聚苯胺因分子结构中含有大P键,P电子在分子链上自由运动而导电,具有金属的导电性和塑料的可加工性,而且聚苯胺质量轻,合成工艺简单[2,3],因此,聚苯胺类导电高分子材料作为新型的导电填料日益引起人们的重视。
本文以化学氧化聚合法制备了掺杂型聚苯胺,并开发了一种以环氧树脂为基料,聚苯胺为导电填料的导电涂料,研究了导电涂料中掺杂型聚苯胺对涂料导电性的影响,并对导电涂料的电阻率、柔韧性及附着力等性能进行了测试。该涂料具有优良的导电性,且涂膜的柔韧性良好。
1实验方法
1.1掺杂型聚苯胺的制备
1)取0.05mol精馏后的苯胺搅拌加入50mL15%的HCl溶液,配成盐酸2苯胺混合溶液;2)取0.05mol过硫酸铵溶解于25mL蒸馏水中配成过硫酸铵溶液;3)搅拌下,将强氧化剂过硫酸铵溶液滴加到盐酸2苯胺混合溶液中,25min加完,继续反应1h。使过硫酸铵与苯胺在盐酸介质中发生化学氧化反应,合成聚苯胺;
4)将反应结束后的反应混合物聚苯胺进行减压抽滤,并用蒸馏水洗涤数次,直至滤液澄清,然后将聚苯胺滤饼放入200mL的2.0mol/LHCl溶液中浸泡2h进行HCl掺杂,掺杂后,再过滤,最后将滤饼放入40e烘箱中恒温干燥。
1.2导电涂料的制备
1)将环氧树脂与稀释剂按照m(环氧树脂)Bm(稀释剂)=20B3的比例配制A组分;2)将聚苯胺粉体放入粉碎机中研磨至d=75Lm,加入适量的丙酮后,再把一定量的固化剂加入到聚苯胺2丙酮混合体系配成B组分;3)将A、B组分及助剂按一定比例混合。常温下,进行超声波分散混合制得涂料。
1.3导电涂料的性能测试
合成的聚苯胺用Nicolet2380型傅立叶变换红外光谱仪测定,并用四探针法测定样品电阻率。实验采用50mm@120mm@0.5mm的普通铁片作为涂覆试样。试样经过前处理后,将涂料均匀的涂敷到基材表面。采用附着力测定仪检测附着力,采用柔韧性测定仪检测柔韧性。
2结果分析与讨论
2.1掺杂型聚苯胺分析
按照1.1的方法,经过化学氧化聚合法制备了掺杂型聚苯胺,掺杂型聚苯胺的红外光谱图见图1。
掺杂型聚苯胺的红外光谱图
由图1可看出,聚苯胺中存在环状二元酮吸收峰(R约1120cm-1处)和苯环吸收峰(R约1492cm-1处),表明聚苯胺分子链中含有苯环和环状二元酮结构。由于掺杂使聚合物分子链中的电子云密度下降,降低了原子间的力常数,产生诱导效应,同时由于掺杂作用,形成的共轭效应,使得基团的振动频率下降,因此各吸收峰都向低频方向移动。本征态聚苯胺中环状二元酮的特征振动峰在R为1152cm-1处[4],经盐酸掺杂后,向低波数方向移动到R为1120cm-1处,而且吸收峰加强,成为图谱中最强的吸收峰。这表明掺杂主要发生在聚苯胺中环状二元酮的氮原子上。合成得到的聚苯胺导电性采用四探针法测定,合成聚苯胺的Q为0.22~0.408#cm。
2.2掺杂型聚苯胺对涂料导电性的影响
按照1.2导电涂料的制备方法,改变掺杂型聚苯胺的加入量,研究掺杂型聚苯胺的质量分数对涂料导电性的影响,结果见表1。
聚苯胺对导电涂料电阻率的影响
由表1可以看出,导电涂料的电阻率随着掺杂型w(聚苯胺)的增加而减小,但掺杂型聚苯胺超过30%后,导电涂料的电阻率基本不变,这是由于随着导电涂料中掺杂型w(聚苯胺)的增大,聚苯胺的增加使得处于分散状态的导电粒子间的距离越来越小,导电填料彼此接触形成一种导电无限网链,从而使原来绝缘的涂料变成导体,涂层的电阻率随其填料用量的增大而降低[5,6]。当w(聚苯胺)高于30%,导电涂料中导电网链已经形成,更多的导电填料的加入并不会显著地增加涂料中的导电通路,因此导电率增加趋势减缓。因此掺杂型w(聚苯胺)为15%~30%适宜。 |
