Page 106 - 《橡塑技术与装备》2022年9期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

1 实验部分
1.1 实验药品及仪器设备
过硫酸铵，天津市福晨化学试剂厂 ；苯胺，天津
市福晨化学试剂厂 ；丙酮，天津市科密欧化学试剂有
限公司 ；氨水，天津市富宇精细化工有限公司 ；磷酸，
沈阳市经济技术开发区试剂厂 ；硫酸，北京化工厂 ；
盐酸，北京化工厂 ；聚乙烯吡咯烷酮，国药集团化学
试剂有限公司 ；纳米硅溶胶，中国科学院上海应用物
理研究所。
双电测四探针测试仪（RTS-9），安合盟科技
发展有限公司 ；高低真空扫描电子显微镜（JSM-
6360 LV），日本电子株式会社 ； X 射线衍射仪（D8 （a）纳米 SiO 2 微粉 ；（b）纳米 SiO 2 微粉 +PVP ； c ：硅溶胶
图 1 不同空间稳定剂下合成的 PANI/SiO 2 复合粒子的
Advance），德国布鲁克公司。
粒径分布图
1.2 实验方法
将减压蒸馏后的苯胺和 20%、25% 质量分数的纳 高 的，PANI/20%-SiO 2 的产 率达到 89.21%。SiO 2 添
米硅溶胶按摩尔比 1:1 在超声清洗器中充分混合，加 加量由 20% 提高至 25% 时，各系列产品的产率均略
入 pH=1.5 的质子酸进行 0.5 h 充分搅拌。将一定量的 有下降，但横向对比中未改变产率的变化趋势，仍呈
过硫酸铵酸溶液缓慢滴入上述混合液，在 30 ℃下搅 现磷酸＞盐酸＞硫酸。
拌均匀。化学氧化聚合后，抽滤并洗涤，烘干后研磨， 表 1 不同质子酸掺杂的 PANI/SiO 2 复合材料的颜色及产率
即制得 PANI/SiO 2 复合材料。 质子酸种类 SiO 2 添加量 /% 产品表观颜色 产率 /%
0 黑色 75.64
盐酸 20% 墨绿色 87.65
25% 墨绿色 83.23
2 结果与讨论 0 黑色 69.53
2.1 填充粒子的选择 硫酸 20% 墨绿色（偏黑） 82.30
25% 墨绿色 81.34
纳米二氧化硅是最常用的无机粒子，在不削弱材 0 黑色 96.64
料刚性的前提下，可增韧塑料的韧性甚至刚性。市面 磷酸 20% 蓝绿色 89.21
25% 墨绿色（偏绿） 88.45
上量产型纳米硅根据不同的应用场景，具有不同的粒
径和表面性质。实验分别采用纳米 SiO 2 微粉、聚乙烯 2.3 电导率分析
吡咯烷酮分散的纳米 SiO 2 微粉和硅溶胶分别作为分散 表 2 为不同无机酸掺杂的 PANI/SiO 2 材料的电导
剂合成聚苯胺 / 二氧化硅复合粒子。图 1 为产物粒径 率变化。可以看出，相对于未掺杂硅溶胶的聚苯胺样
测试结果，可见聚乙烯吡咯烷酮对复合材料的粒径有 品，SiO 2 的加入均导致了电导率提高，其中盐酸掺杂
一定的降低作用，但效果并不明显。使用硅溶胶的产 的 PANI/20%-SiO 2 复合材料电导率达到 1.56 S/cm ；
品粒径几乎全部分布在 10 μm 以下，且小于 1 μm 的 磷酸掺杂的样品虽然具有较高的产率，但电导率较低，
比例达到 20% 左右。因此，使用硅溶胶作为填充粒子 不适用应用于需要导电的材料领域。随着 SiO 2 加入量
时，复合材料的粒度更均匀，是较理想的添加剂。 提高至 25%，样品电导率又呈下降趋势，接近复合前
2.2 产率分析 的水平。这可能是硅材料本身具有较高的电阻，作为
不同无机酸掺杂的 PANI/SiO 2 材料的产率如表 1 填充粒子时掺杂度是有限的，过量的无机粒子会阻碍
所示。 导电聚合物的空间排布，进而影响复合材料的结构和
由表 1 可以看出，SiO 2 的引入均导致了系列样品 电导率。
颜色变浅，且呈现了多样的颜色变化 ；随着 SiO 2 添加 2.4 表面形貌分析
量增大，样品颜色由乌黑变为偏绿。除了磷酸掺杂的 图 2 为三种质子酸掺杂的 PANI 和 PANI/SiO 2 粉
样品，盐酸和硫酸作为掺杂酸时，填充粒子的加入均 体的 SEM 图。
增加了产率。磷酸掺杂的样品产率是三种掺杂酸中最

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·52· 第 48 卷 第 期