PANI-DBSA/PAN共混體系的流變性能研究
時間:2005-10-14
潘瑋1 楊勝林2 李光2 江建明2
(1.中原工學院機械工程系，鄭州 450007;2.東華大學纖維材料改性國家重點實驗室，上海 200051）
聚苯胺（PANI）由于具有多樣的結構、獨特的摻雜機制、優異的物理化學性能、良好的環境穩定性等優點，已成為導電高分子研究的熱點和推動力之一。聚丙烯腈(PAN)纖維俗名腈綸，是較早實現工業化生產的合成纖維之一。使用聚苯胺與聚丙烯腈共混，制備導電材料的研究國內外尚未見報道。本文首先利用乳液聚合法制備十二烷基苯磺酸摻雜的聚苯胺（PANI-DBSA），然后采用CHCl3與DMSO的體積比為15:85的混合溶劑，制備不同組成的PANI-DBSA/PANI的共混溶液，采用錐板式流變儀對其流變性能進行測試；討論溫度、共混組成及剪切速率對流變性能的影響，為PANI/PAN導電纖維的開發和應用提供必要的依據。
不同剪切速率下共混體系在40ºC、50ºC、60ºC時的表觀粘度ηa與共混組成的關系如圖1所示：從圖1可以發現以下變化傾向：（1）所有的共混體系樣品的表觀粘度隨溫度的升高而下降。（2）在低剪切速率下，隨著PANI-DBSA含量的增加，共混體系的粘度先下降，在2.5％取得一個最小值后上升。（3）在較高剪切速率下，共混體系的表觀粘度隨著PANI-DBSA含量的增加而下降。
圖2為共混體系在40 ºC、50 ºC和60ºC下不同組成與非牛頓指數n的關系圖。由圖可見：（1）對于不同組成PANI-DBSA/PAN共混體系，隨溫度的升高，n值都有所提高。（2）在各溫度下，除了PANI-DBSA含量為2.5％時，共混體系的非牛頓指數略有增加外，其余的共混體系溶液的非牛頓指數均小于純PAN體系，且隨著共混體系中PANI-DBSA含量的增加而減小。
流變性能變化與共混體系的相態結構的變化有緊密聯系，要尋找流變性能參數變化的根源，就需要了解共混體系的微觀結構。從PANI-DBSA/PAN共混薄膜的透射電鏡照片（圖3）可知，當PANI-DBSA的含量為2.5％時，共混體系的相態結構基本為分散相/連續相的海島結構。當PANI-DBSA的含量為5％時，共混體系的中的一部分PANI-DBSA已開始連接成為連續相。當PANI-DBSA的含量為7.5％時，雙連續相已經形成。
聯系共混體系相態結構的變化，可以分析共混溶液流變性能變化的原因：
1．低剪切速率下，當PANI-DBSA含量較低時，在兩相流動過程中，表現為兩相界面間的牽曳力（內摩擦力）減小，使粘度降低。當分散相形成雙連續相結構時，異相網絡互相牽制，對共混物的流動起阻礙作用，使粘度上升。
2．隨著剪切速率的增加，已生成的PANI-DBSA連續相在剪切力的作用下發生變形斷裂，生成分散相粒度小，混合更加均勻的共混體系，這時分散相的小液滴對流動起到潤滑的作用。所以在高剪切速率下，共混體系的表觀粘度隨PANI-DBSA含量的增加而減小。
3．n值所反映的非牛頓性，在本質上表現為表觀粘度的剪切力敏感性問題。少量的PANI-DBSA介入PAN的鏈間，使PAN分子間的作用力減弱，共混體系對剪切力的敏感性大大減少，n值增加。當PANI-DBSA的含量增加時，PANI-DBSA變成為連續相存在于共混體系中，PANI本身分子鏈聚集，出現了明顯的分子鏈間纏結，故共混溶液對剪切力的敏感性又有所提高，n值減小。
論文來源:2004年全國高分子材料科學與工程研討會論文集
