聚苯胺復(fù)合材料應(yīng)用研究進(jìn)展

才宇飛，付永偉

(樺甸市疾病預(yù)防控制中心，吉林 樺甸 132400)

專論與綜述

聚苯胺復(fù)合材料應(yīng)用研究進(jìn)展

才宇飛，付永偉

(樺甸市疾病預(yù)防控制中心，吉林 樺甸 132400)

聚苯胺復(fù)合材料的應(yīng)用研究受到了廣泛關(guān)注，復(fù)合改性技術(shù)優(yōu)化了聚苯胺的性能，提高了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。綜述了聚苯胺復(fù)合材料在傳感材料、涂料、電容器材料、抗靜電材料和電磁屏蔽材料中的應(yīng)用研究最新進(jìn)展。

聚苯胺；材料；復(fù)合

近年來， PANI以其原料易得、合成簡(jiǎn)單、無毒、高導(dǎo)電、電致變色、良好的環(huán)境及化學(xué)穩(wěn)定性、可逆的氧化還原性、摻雜率與氧化程度的可調(diào)控性、絕緣體到導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的易實(shí)現(xiàn)性等諸多優(yōu)點(diǎn)，倍受國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注和研究[1-5]。然而，PANI的綜合力學(xué)性能較差、不被一般的有機(jī)溶劑溶解以及流變性能不良、在中性和堿性的條件下電學(xué)性能較差等缺點(diǎn)，使其在成型加工和大規(guī)模推廣應(yīng)用上受到一定程度的限制[1,5]。通過復(fù)合改性技術(shù)可有效的改善PANI的加工性能，進(jìn)而獲得多功能性復(fù)合材料，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域[6,7]。經(jīng)改性的PANI的復(fù)合材料在光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和磁學(xué)等諸多方面顯示出許多優(yōu)異特性，已然成為高分子化學(xué)和材料科學(xué)等多學(xué)科相交叉的前沿研究領(lǐng)域[8]。本文綜述最近聚苯胺復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的一些研究成果。

1 在傳感材料中的應(yīng)用

PANI復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與合成、摻雜和導(dǎo)電機(jī)理、相關(guān)結(jié)構(gòu)性能等的研究，為離子敏、氣敏、濕敏傳感器和生物傳感器提供了新的設(shè)計(jì)思路[1]。

張潔[9]采用原位聚合法制備了PANI/ CeO2納米粒子復(fù)合材料，構(gòu)建了基于PANI/ CeO2碳糊電極的無酶葡萄糖傳感器，對(duì)葡萄糖具有良好的響應(yīng)，29.82 μM～ 0.56 mM范圍線性關(guān)系良好，靈敏度25.79 μA，檢出限0.56 μA，表現(xiàn)出良好的選擇性和穩(wěn)定性；并構(gòu)建了基于PANI/ Ag納米粒子復(fù)合材料的甲醛氣體傳感器，氣敏性實(shí)驗(yàn)對(duì)甲醛氣體的響應(yīng)明顯較高且具有可重復(fù)性，而且在常見的丙酮、苯、氯仿、己烷和甲醛有機(jī)氣體中，對(duì)甲醛表現(xiàn)出良好的選擇性。

紡織結(jié)構(gòu)傳感器是導(dǎo)電纖維應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，與金屬纖維產(chǎn)品相比，以有機(jī)高分子導(dǎo)電紗線制備傳感器，具有質(zhì)輕、柔軟、輕薄等優(yōu)點(diǎn)，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更加靈活多變，可滿足不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能產(chǎn)品的要求。洪劍寒等[10]以UHMWPE/ PANI復(fù)合導(dǎo)電紗線制備了針織物作為應(yīng)變傳感器，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變-電阻傳感性能，具有較高的敏感度，應(yīng)變小于20%時(shí)，其傳感因子可達(dá)30以上，拉伸多次時(shí)，傳感重復(fù)性逐漸提高，3次拉伸以后，表現(xiàn)出良好的傳感重復(fù)性。

溫雅楠[11]研究了PANI/尼龍66復(fù)合納米纖維傳感膜對(duì)維生素C的檢測(cè)效果，測(cè)試結(jié)果表明，較大比表面積的傳感膜對(duì)維生素C可實(shí)現(xiàn)50 ppb的裸眼檢測(cè)極限，且選擇性和再生重復(fù)使用性良好。此外，可漆酶固定在Fe3O4/ c MWCNT / PANI / u 電極，用于檢測(cè)茶提取物中的酚含量[12]，PANI/ZnMoO4復(fù)合材料，可作為液化石油氣的傳感材料，PANI/ PANI-2-磺酸/還原石墨烯、Ni HCF/PANI可用于檢測(cè)H2O2[13]。

2 在涂料中的應(yīng)用

PANI因其特有的氧化還原特性，在金屬與涂層之間的界面處能持續(xù)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，在阻礙金屬與環(huán)境中氧接觸的同時(shí)，還可促進(jìn)金屬表面鈍化膜的形成，所以PANI可作為一種優(yōu)良的防腐材料[14]。近年來，PANI在防腐涂料中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注，研究人員對(duì)其防腐蝕機(jī)理及在防腐涂料領(lǐng)域中應(yīng)用進(jìn)行了大量研究[15]。

李慶偉[16]制備了PANI/環(huán)氧復(fù)合涂層，通過其在3.5% NaCl(aq)中的電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，確定了PANI 4%的添加量涂層防腐性能最好，浸泡90 d后仍具有較好的防腐性能。孫楊等[17]以磷酸酯摻雜本征態(tài)PANI得到納米分散的導(dǎo)電聚苯胺(ES)作為防腐材料，并以聚氨酯丙烯酸酯作為基體，制備了紫外光固化PANI防腐涂料，在UV 輻照下3～5 s 制備出表面實(shí)干的防腐涂層，當(dāng)ES含量為1.0% 時(shí)，在NaCl(aq)中浸泡2 400 h，|Z|0. 1 Hz阻抗值仍可高達(dá)1.0×108Ω cm2，經(jīng)500 h 鹽霧試驗(yàn)后，涂層板面無起泡現(xiàn)象，銹蝕寬度小于 1 mm，表明該涂層具有優(yōu)異的防腐性能。鄧子悅等[18]制備了β-環(huán)糊精摻雜PANI/聚丙烯酸復(fù)合水性防腐蝕涂料，利用β-環(huán)糊精大大提高了PANI在水中的分散性，加入1%的β-CD-PANI使復(fù)合涂料乳液粒子平均粒徑增大約75 nm，同時(shí)其A3鋼的腐蝕電位(Ecorr)較對(duì)比樣升高約85 mV，腐蝕電流(Icorr)降低了近1個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了水性防腐涂料的效能。

3 在電容器材料中的應(yīng)用

PANI相對(duì)于其它共軛高分子，具有合成簡(jiǎn)單、電導(dǎo)率高和高比容量、獨(dú)特的贗電容性、能快速摻雜與去摻雜等優(yōu)點(diǎn)，可用于超級(jí)電容器的電極材料[1,19]。

蘇海波等[19]以紙纖維為柔性基板材料，結(jié)合雙電層電容碳材料-氧化石墨烯的高功率密度和贗電容導(dǎo)電聚合物-PANI的高能量密度的雙重優(yōu)勢(shì)，制備了紙纖維基-PANI-還原氧化石墨烯復(fù)合電極材料，電流密度為1 A/g時(shí)其比電容為458 F·g-1，10 A/g時(shí)，比電容為250 F·g-1，在1 000次循環(huán)充放電后，比電容仍保持在80%左右。朱士澤等[20]采用微乳聚合合成了PANI/螺旋碳纖維(PANI/ CMCs)復(fù)合材料，經(jīng)過循環(huán)伏安法和恒流充放電法測(cè)試，復(fù)合材料比電容量可達(dá)134.8 F·g-1，在750次循環(huán)恒流充放電后比電容保持率仍達(dá)63.3%，比電容量和循環(huán)穩(wěn)定性都顯著優(yōu)于CMCs或PANI本身。馮曉娟等[21]采用原位氧化聚合法，制備了納米棒狀Mn2+摻雜PANI/還原氧化石墨烯(Mn2+-PANI/ rGO)復(fù)合物電極材料，在電流密度為2A/g時(shí)，比容量高達(dá)952 F·g-1，1000次循環(huán)后比電容的保持率為86.2%，具有較高的比電容和優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。趙潔等[22]經(jīng)自聚合及高溫?zé)崽幚?，采用化學(xué)氧化聚合法，在復(fù)合物表面自組裝生長(zhǎng) PANI納米須，構(gòu)建了氧化錳/介孔碳/PANI納米復(fù)合材料，其比電容在1.0 A/g電流密度下達(dá)到498.6 F·g-1，顯著高于氧化錳/介孔碳二元復(fù)合材料的比電容212 F·g-1，當(dāng)電流密度增至10 A/g時(shí)，比電容仍能保持在352 F·g-1。經(jīng)1000次充放電循環(huán)后，比容量保持率為71.6%。

4 在抗靜電材料中的應(yīng)用

PANI電導(dǎo)率可調(diào)范圍在10-5～105S/cm，與其他高分子材料相比，相容性好于金屬和炭黑，并具有較好的穩(wěn)定性、耐腐蝕性，因而可開發(fā)為抗靜電材料[2]。祖立武等[23]采用原位聚合法制備了改性聚丙烯/PANI高分子復(fù)合抗靜電劑材料，添加到PP中可使其體積電阻率下降到1012以下，與PP的相容性很好。文曉梅等[24]采用原位聚合法制備了具有良好抗靜電性能和抗擊穿性能的聚酰亞胺/PANI復(fù)合薄膜，當(dāng)聚苯胺質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到15%時(shí)，該復(fù)合薄膜抗靜電效果最佳，而且保持了聚酰亞胺具有的良好力學(xué)性能。

5 在電磁屏蔽材料中的應(yīng)用

PANI具有高導(dǎo)電和高介電常數(shù)特性，可實(shí)現(xiàn)微波頻段吸收電磁輻射和電磁屏蔽的功能[25]。PANI復(fù)合電磁屏蔽織物可改善金屬電磁屏蔽織物的一些弊端[26]，俞丹等[27]制備了銀/PANI/滌綸復(fù)合材料，其屏蔽效能為60～90 dB，鍍銀層均勻致密，方阻為400 mΩ/□。俞菁等[28]采用原位聚合法制備了導(dǎo)電PANI/滌綸復(fù)合織物，再經(jīng)過超支化聚酰胺-胺/Ag+絡(luò)合液活化處理，利用化學(xué)鍍法在表面沉積金屬銅，獲得銅/PANI/滌綸復(fù)合織物，作為中間層的PANI可使銅層粒徑均值明顯降低，耐摩擦性和熱穩(wěn)定性有所提高，在300 kHz～3 GHz頻率范圍內(nèi)，銅/PANI/滌綸復(fù)合織物的屏蔽效能最高可達(dá)130 dB。袁冰清等[29]制備了石墨烯/ PANI電磁屏蔽復(fù)合材料，電磁屏蔽性質(zhì)是以電磁波吸收為主。

6 結(jié)論

綜上所述，PANI及其復(fù)合材料憑借其優(yōu)良特性，使研究人員對(duì)其應(yīng)用研究日趨廣泛。PANI復(fù)合改性克服了其加工性差等不足，借此途徑也賦予了材料多功能性，使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。無論是作為添加組分還是作為基材，PANI都發(fā)揮出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)性能?？梢灶A(yù)期，集眾多新異功能性于一體的PANI復(fù)合材料將會(huì)成為非常有前景的一類先進(jìn)應(yīng)用材料。

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(本文文獻(xiàn)格式：才宇飛，付永偉.聚苯胺復(fù)合材料應(yīng)用研究進(jìn)展[J].山東化工，2017，46(06)：54-56.)

Recent Advances in Application of Polyaniline Composites

CaiYufei，F(xiàn)uYongwei

(Centers for Disease Control and Prevention of Huadian City，Hadian 132400, China)

The application research of polyaniline composites has

the widespread attention, modification technology by composition could not only effetrively optimize the performances of polyaniline, but also improve its value of practical application. Recent advances in application of polyaniline composites were summarized,what's more, the application of polyaniline composites in sensor materials, coatings, capacitor materials, antistatic materials and electronic-magnetic shielding materials were introduced.

polyaniline；materials；composite

2017-02-16

才宇飛(1978—)，吉林樺甸人，主要從事職業(yè)衛(wèi)生檢測(cè)工作。

TQ324

A

1008-021X(2017)06-0054-03