细菌纤维素/聚苯胺纳米复合膜的制备与性能研究

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聚苯胺作为研究最为广泛的导电高分子之一,具有多样的结构、较高的电导率、良好的环境稳定性、而且原料廉价易得。但是聚苯胺的溶解性差、力学性能不佳、这都限制了其加工应用,于是改善其溶解性能、提高力学性能是现在许多研究集中关注的地方。细菌纤维素(BC)是通过微生物发酵合成的生物质纤维素,表面有很多活泼羟基,其反应活性较高,具有很好的模板效应,可以控制复合反应时复合材料的形貌。其良好的力学性能、柔性以及可加工性,使BC可以作为模板,通过复合功能材料获得性能优异的多功能复合膜。本论文以细菌纤维素为基体,将聚苯胺与细菌纤维素复合制备导电复合膜,研究最佳复合方法,并探索使用最佳复合方法时,改变不同反应条件,对复合膜导电性能的影响。在此基础上,改变掺杂酸种类,并对其性能进行表征。具体研究内容如下:1.以细菌纤维素为基体材料,将BC分别进行压水、冷冻干燥和打浆三种前处理,然后采用共混和原位聚合两种方法制备BC/PANI复合膜。通过形貌、红外、电导率和力学性能等分析确定最佳复合方法。结果表明,将BC进行压水处理并使用原位聚合法制备出的BC/PANI复合膜不仅具有较高的电导率(0.19S/cm),同时力学性能也十分优异。2.在确定的复合方法基础上,通过对单体浓度、单体与氧化剂之比、掺杂酸浓度以及反应温度的调控,制备BC/PANI复合膜,探索最佳反应条件。通过表征对不同条件所产生的影响及其机理进行探讨。当单体浓度为0.20mol/L,单体与氧化剂物质的量之比为1:1,掺杂酸浓度为1mol/L,温度为0℃时,BC/PANI电导率可以达到0.76S/cm。3.使用不同种类的掺杂酸,以最佳的复合方法和反应条件制备BC/PANI复合膜,并比较其性能差异。当HCl+SSA以物质的量之比为25:1混合作为掺杂酸掺杂制备的复合膜电导率达到1.18S/cm。导电复合膜的电导率随着扭转角以及拉伸应力的增加呈现先增大后下降的趋势。在40℃到60℃的范围内,复合膜电阻率随着温度的升高和降低,与温度的变化呈现出线性关系。不同掺杂酸制备的复合膜经过红外热像仪测试,对高温物体降温幅度不同,红外热像显示的差异可以使它设计应用于红外隐身领域。
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