聚苯胺复合材料应用研究进展

才宇飞，付永伟

(桦甸市疾病预防控制中心，吉林 桦甸 132400)

专论与综述

聚苯胺复合材料应用研究进展

才宇飞，付永伟

(桦甸市疾病预防控制中心，吉林 桦甸 132400)

聚苯胺复合材料的应用研究受到了广泛关注，复合改性技术优化了聚苯胺的性能，提高了其实际应用价值。综述了聚苯胺复合材料在传感材料、涂料、电容器材料、抗静电材料和电磁屏蔽材料中的应用研究最新进展。

聚苯胺；材料；复合

近年来， PANI以其原料易得、合成简单、无毒、高导电、电致变色、良好的环境及化学稳定性、可逆的氧化还原性、掺杂率与氧化程度的可调控性、绝缘体到导体转变的易实现性等诸多优点，倍受国内外研究人员的广泛关注和研究[1-5]。然而，PANI的综合力学性能较差、不被一般的有机溶剂溶解以及流变性能不良、在中性和碱性的条件下电学性能较差等缺点，使其在成型加工和大规模推广应用上受到一定程度的限制[1,5]。通过复合改性技术可有效的改善PANI的加工性能，进而获得多功能性复合材料，拓展其应用领域[6,7]。经改性的PANI的复合材料在光学、电学、力学和磁学等诸多方面显示出许多优异特性，已然成为高分子化学和材料科学等多学科相交叉的前沿研究领域[8]。本文综述最近聚苯胺复合材料应用领域的一些研究成果。

1 在传感材料中的应用

PANI复合材料的设计与合成、掺杂和导电机理、相关结构性能等的研究，为离子敏、气敏、湿敏传感器和生物传感器提供了新的设计思路[1]。

张洁[9]采用原位聚合法制备了PANI/ CeO2纳米粒子复合材料，构建了基于PANI/ CeO2碳糊电极的无酶葡萄糖传感器，对葡萄糖具有良好的响应，29.82 μM～ 0.56 mM范围线性关系良好，灵敏度25.79 μA，检出限0.56 μA，表现出良好的选择性和稳定性；并构建了基于PANI/ Ag纳米粒子复合材料的甲醛气体传感器，气敏性实验对甲醛气体的响应明显较高且具有可重复性，而且在常见的丙酮、苯、氯仿、己烷和甲醛有机气体中，对甲醛表现出良好的选择性。

纺织结构传感器是导电纤维应用的一个重要领域，与金属纤维产品相比，以有机高分子导电纱线制备传感器，具有质轻、柔软、轻薄等优点，而在结构设计上更加灵活多变，可满足不同结构特点和性能产品的要求。洪剑寒等[10]以UHMWPE/ PANI复合导电纱线制备了针织物作为应变传感器，表现出明显的应变-电阻传感性能，具有较高的敏感度，应变小于20%时，其传感因子可达30以上，拉伸多次时，传感重复性逐渐提高，3次拉伸以后，表现出良好的传感重复性。

温雅楠[11]研究了PANI/尼龙66复合纳米纤维传感膜对维生素C的检测效果，测试结果表明，较大比表面积的传感膜对维生素C可实现50 ppb的裸眼检测极限，且选择性和再生重复使用性良好。此外，可漆酶固定在Fe3O4/ c MWCNT / PANI / u 电极，用于检测茶提取物中的酚含量[12]，PANI/ZnMoO4复合材料，可作为液化石油气的传感材料，PANI/ PANI-2-磺酸/还原石墨烯、Ni HCF/PANI可用于检测H2O2[13]。

2 在涂料中的应用

PANI因其特有的氧化还原特性，在金属与涂层之间的界面处能持续进行氧化还原反应，在阻碍金属与环境中氧接触的同时，还可促进金属表面钝化膜的形成，所以PANI可作为一种优良的防腐材料[14]。近年来，PANI在防腐涂料中的应用引起了广泛关注，研究人员对其防腐蚀机理及在防腐涂料领域中应用进行了大量研究[15]。

李庆伟[16]制备了PANI/环氧复合涂层，通过其在3.5% NaCl(aq)中的电化学阻抗谱测试，确定了PANI 4%的添加量涂层防腐性能最好，浸泡90 d后仍具有较好的防腐性能。孙杨等[17]以磷酸酯掺杂本征态PANI得到纳米分散的导电聚苯胺(ES)作为防腐材料，并以聚氨酯丙烯酸酯作为基体，制备了紫外光固化PANI防腐涂料，在UV 辐照下3～5 s 制备出表面实干的防腐涂层，当ES含量为1.0% 时，在NaCl(aq)中浸泡2 400 h，|Z|0. 1 Hz阻抗值仍可高达1.0×108Ω cm2，经500 h 盐雾试验后，涂层板面无起泡现象，锈蚀宽度小于 1 mm，表明该涂层具有优异的防腐性能。邓子悦等[18]制备了β-环糊精掺杂PANI/聚丙烯酸复合水性防腐蚀涂料，利用β-环糊精大大提高了PANI在水中的分散性，加入1%的β-CD-PANI使复合涂料乳液粒子平均粒径增大约75 nm，同时其A3钢的腐蚀电位(Ecorr)较对比样升高约85 mV，腐蚀电流(Icorr)降低了近1个数量级，提高了水性防腐涂料的效能。

3 在电容器材料中的应用

PANI相对于其它共轭高分子，具有合成简单、电导率高和高比容量、独特的赝电容性、能快速掺杂与去掺杂等优点，可用于超级电容器的电极材料[1,19]。

苏海波等[19]以纸纤维为柔性基板材料，结合双电层电容碳材料-氧化石墨烯的高功率密度和赝电容导电聚合物-PANI的高能量密度的双重优势，制备了纸纤维基-PANI-还原氧化石墨烯复合电极材料，电流密度为1 A/g时其比电容为458 F·g-1，10 A/g时，比电容为250 F·g-1，在1 000次循环充放电后，比电容仍保持在80%左右。朱士泽等[20]采用微乳聚合合成了PANI/螺旋碳纤维(PANI/ CMCs)复合材料，经过循环伏安法和恒流充放电法测试，复合材料比电容量可达134.8 F·g-1，在750次循环恒流充放电后比电容保持率仍达63.3%，比电容量和循环稳定性都显著优于CMCs或PANI本身。冯晓娟等[21]采用原位氧化聚合法，制备了纳米棒状Mn2+掺杂PANI/还原氧化石墨烯(Mn2+-PANI/ rGO)复合物电极材料，在电流密度为2A/g时，比容量高达952 F·g-1，1000次循环后比电容的保持率为86.2%，具有较高的比电容和优良的循环稳定性。赵洁等[22]经自聚合及高温热处理，采用化学氧化聚合法，在复合物表面自组装生长 PANI纳米须，构建了氧化锰/介孔碳/PANI纳米复合材料，其比电容在1.0 A/g电流密度下达到498.6 F·g-1，显著高于氧化锰/介孔碳二元复合材料的比电容212 F·g-1，当电流密度增至10 A/g时，比电容仍能保持在352 F·g-1。经1000次充放电循环后，比容量保持率为71.6%。

4 在抗静电材料中的应用

PANI电导率可调范围在10-5～105S/cm，与其他高分子材料相比，相容性好于金属和炭黑，并具有较好的稳定性、耐腐蚀性，因而可开发为抗静电材料[2]。祖立武等[23]采用原位聚合法制备了改性聚丙烯/PANI高分子复合抗静电剂材料，添加到PP中可使其体积电阻率下降到1012以下，与PP的相容性很好。文晓梅等[24]采用原位聚合法制备了具有良好抗静电性能和抗击穿性能的聚酰亚胺/PANI复合薄膜，当聚苯胺质量分数增加到15%时，该复合薄膜抗静电效果最佳，而且保持了聚酰亚胺具有的良好力学性能。

5 在电磁屏蔽材料中的应用

PANI具有高导电和高介电常数特性，可实现微波频段吸收电磁辐射和电磁屏蔽的功能[25]。PANI复合电磁屏蔽织物可改善金属电磁屏蔽织物的一些弊端[26]，俞丹等[27]制备了银/PANI/涤纶复合材料，其屏蔽效能为60～90 dB，镀银层均匀致密，方阻为400 mΩ/□。俞菁等[28]采用原位聚合法制备了导电PANI/涤纶复合织物，再经过超支化聚酰胺-胺/Ag+络合液活化处理，利用化学镀法在表面沉积金属铜，获得铜/PANI/涤纶复合织物，作为中间层的PANI可使铜层粒径均值明显降低，耐摩擦性和热稳定性有所提高，在300 kHz～3 GHz频率范围内，铜/PANI/涤纶复合织物的屏蔽效能最高可达130 dB。袁冰清等[29]制备了石墨烯/ PANI电磁屏蔽复合材料，电磁屏蔽性质是以电磁波吸收为主。

6 结论

综上所述，PANI及其复合材料凭借其优良特性，使研究人员对其应用研究日趋广泛。PANI复合改性克服了其加工性差等不足，借此途径也赋予了材料多功能性，使其应用领域进一步拓宽。无论是作为添加组分还是作为基材，PANI都发挥出了其独特的优势性能。可以预期，集众多新异功能性于一体的PANI复合材料将会成为非常有前景的一类先进应用材料。

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(本文文献格式：才宇飞，付永伟.聚苯胺复合材料应用研究进展[J].山东化工，2017，46(06)：54-56.)

Recent Advances in Application of Polyaniline Composites

CaiYufei，FuYongwei

(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

才宇飞(1978—)，吉林桦甸人，主要从事职业卫生检测工作。

TQ324

A

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