恒定磁场中聚苯胺膜的制备及其动力学研究

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聚苯胺(PANI)因其原料便宜,合成简单,稳定性及抗氧化性能良好,成为最具有商业价值的导电高分子材料之一。同时,PANI复合材料因具有良好的力学性能、热性能、光和电化学性能,而在电学、防腐、电池材料等领域具有良好的应用前景。由于PANI具有各向异性抗磁磁化率,当外加磁场时,导致PANI链能够沿着磁场方向定向排列。在电化学体系中,外加磁场与电场的相互作用产生洛伦兹力,激发溶液流动,降低边界层厚度,提高质量传输速度;同时,外加磁场也能影响金属/溶液的界面电位差,影响电化学过程。因此,外加磁场不仅有利于提高苯胺的自催化过程,而且对PANI的形貌、性质等都有一定的影响。磁场对自由基类的化学反应有显著的影响。目前,在磁场环境中探讨苯胺的聚合过程,研究磁场对PANI性能的影响,已成为研究的热点。本论文采用电化学方法探讨了磁场环境中PANI膜的制备及其电化学性能,同时,采用石英晶体微天平(QCM)技术,研究了有磁(0.4 T)、无磁场环境中,FeCl3/APS复合氧化剂对An乳液聚合成膜动力学行为的影响。结果表明:(1)通过电化学测试结果的分析表明,电化学法制备PANI膜的最优化条件是:磁场垂直于电场,激发电压为1.401.45V,激发圈数为2圈,镀膜电压为-0.2V0.9V,镀膜圈数为40圈,在此条件下制备的PANI膜具有较好的导电性、氧化还原可逆性、循环稳定性和耐腐蚀性。(2)在有、无磁环境中,以十二烷基苯磺酸(DBSA)为乳化剂和掺杂剂,FeCl3/APS为复合氧化剂时,苯胺的乳液聚合成膜,具有相同的反应级数,对复合氧化剂为1级,对An为0.5级,对DBSA为0.5级。同时,通过对产物的循环伏安分析,初步优化了聚合反应条件。结果表明:当磁场强度为0.4T, FeCl3与APS摩尔比(nFeCl3/nAPS)为2:1,复合氧化剂浓度为0.18 mol/L,苯胺浓度为0.08 mol/L, DBSA浓度为0.05 mol/L时,产物PANI CV测试的峰电流及其电导率最大。
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