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苯胺及其衍生物的聚合物因其易于制备、高稳定性及高电导率成为目前导电高分子中研
究热点之一。然而,聚苯胺在导电态下不溶于普通有机溶剂,在熔融温度下又不稳定,使
得其成型加工非常困难,极大限制了它的实际应用。本文通过化学氧化共聚的方法合成了
两个系列的可溶性聚苯胺衍生物。其一,通过化学氧化共聚邻乙基苯胺(EA)与邻甲氧基
苯胺(MA),在聚苯胺分子中引入柔性链段,获得了溶于普通有机溶剂的烷基、烷氧基取代
苯胺聚合物。其二,通过化学氧化共聚邻乙基苯胺(EA)与2-甲氧基苯胺-5-磺酸(MAS),在
聚苯胺分子中引入具有亲水性的磺酸基团,获得了水溶性共聚物。通过记录开路电位及反
应温度随聚合时间的变化,跟踪了两种共聚物的共聚过程。所得聚合物的组成、大分子结
构、颗粒尺寸、热稳定性等用元素分析、荧光分析、粒径分布、红外分析、核磁共振氢谱、
紫外分析、凝胶渗透色谱、原子力显微镜、及热重分析进行了表征。
研究发现在EA与MA及EA与MAS的聚合过程中,开路电位开始下降的同时反应温
度达到了最高值,所对应聚合时间MA为最短,其次为EA,MAS为最长。共聚物的产率
与开路电位开始下降时的聚合时间有关,对应聚合时间越短,聚合物产率越大。对于EA/MA、
EA/MAS共聚物,MA、MAS在共聚物中的含量大于它们的单体投入量,说明MA和MAS
在共聚时的反应活性大于EA。EA/MAS共聚物粒子的粒径大小随聚合时间呈现上凸曲线
变化,在8小时处出现最大值6.44μm。而EA/MAS共聚物粒子的粒径大小随MAS投入量
的增加线性减小,MAS均聚物粒子粒径为218nm,进而建立了无乳化原位纳米级颗粒的化
学氧化溶液聚合方法。
在EA/MA本征态共聚物中,随EA单体投入量的增加,共聚物在EA含量为50-70mol%
时分子量及多分散系数出现最小值,共聚物主链氧化程度增加,整个共聚物主链氧化程度
大于0.5。在EA/MAS初生态共聚物中,随EA单体投入量的增加,EA/MAS共聚物链上盐
酸外掺杂程度升高,链段上醌式含量减小,整个共聚物氧化程度也大于0.5。
无论初生态还是本征态EA/MA和EA/MAS共聚物都能溶于溶解系数大于20、介电常
数大于10、极性指数大于5的有机溶剂中。初生态EA/MAS共聚物在有机溶剂DMSO、
DMF中溶解性能优于初生态EA/MA共聚物,而本征态EA/MAS共聚物在有机溶剂中的溶
解性能不及本征态EA/MA共聚物,但当MAS单体的投入量超过80mol%时,EA/MAS共
聚物是水溶性的。本征态EA/MA共聚物具有优异的成膜性能,且随共聚物中EA含量的增
加,成膜性能提高。从NMP溶剂中用溶液浇铸法制得的9×9 cm2薄膜,表面光滑平整,
具有金属亮泽,与玻璃有很强的粘附力。
通过计算共聚物热稳定常数,发现EA/MA共聚物主链热稳定性能随EA含量的增加而
提高;EA/MAS共聚物主链热稳定性随EA单体投入量的增加而降低。由于磺酸与共聚主
链的亚胺基形成结构相对稳定的六元环,自掺杂磺酸基团的热稳定性能高于外掺杂氯离子,
它们的热分解温度分别为280℃和170℃。
关键词:化学氧化共聚;邻乙基苯胺;邻甲氧基苯胺;2-甲氧基苯胺-5-磺酸;初生态;本征态; 粒径分布; 纳米级颗粒; 原子力显微镜