PANI-DBSA/PAN共混体系的流变性能研究
时间:2005-10-14
潘玮1 杨胜林2 李光2 江建明2
(1.中原工学院机械工程系，郑州 450007;2.东华大学纤维材料改性国家重点实验室，上海 200051）
聚苯胺（PANI）由于具有多样的结构、独特的掺杂机制、优异的物理化学性能、良好的环境稳定性等优点，已成为导电高分子研究的热点和推动力之一。聚丙烯腈(PAN)纤维俗名腈纶，是较早实现工业化生产的合成纤维之一。使用聚苯胺与聚丙烯腈共混，制备导电材料的研究国内外尚未见报道。本文首先利用乳液聚合法制备十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺（PANI-DBSA），然后采用CHCl3与DMSO的体积比为15:85的混合溶剂，制备不同组成的PANI-DBSA/PANI的共混溶液，采用锥板式流变仪对其流变性能进行测试；讨论温度、共混组成及剪切速率对流变性能的影响，为PANI/PAN导电纤维的开发和应用提供必要的依据。
不同剪切速率下共混体系在40ºC、50ºC、60ºC时的表观粘度ηa与共混组成的关系如图1所示：从图1可以发现以下变化倾向：（1）所有的共混体系样品的表观粘度随温度的升高而下降。（2）在低剪切速率下，随着PANI-DBSA含量的增加，共混体系的粘度先下降，在2.5％取得一个最小值后上升。（3）在较高剪切速率下，共混体系的表观粘度随着PANI-DBSA含量的增加而下降。
图2为共混体系在40 ºC、50 ºC和60ºC下不同组成与非牛顿指数n的关系图。由图可见：（1）对于不同组成PANI-DBSA/PAN共混体系，随温度的升高，n值都有所提高。（2）在各温度下，除了PANI-DBSA含量为2.5％时，共混体系的非牛顿指数略有增加外，其余的共混体系溶液的非牛顿指数均小于纯PAN体系，且随着共混体系中PANI-DBSA含量的增加而减小。
流变性能变化与共混体系的相态结构的变化有紧密联系，要寻找流变性能参数变化的根源，就需要了解共混体系的微观结构。从PANI-DBSA/PAN共混薄膜的透射电镜照片（图3）可知，当PANI-DBSA的含量为2.5％时，共混体系的相态结构基本为分散相/连续相的海岛结构。当PANI-DBSA的含量为5％时，共混体系的中的一部分PANI-DBSA已开始连接成为连续相。当PANI-DBSA的含量为7.5％时，双连续相已经形成。
联系共混体系相态结构的变化，可以分析共混溶液流变性能变化的原因：
1．低剪切速率下，当PANI-DBSA含量较低时，在两相流动过程中，表现为两相界面间的牵曳力（内摩擦力）减小，使粘度降低。当分散相形成双连续相结构时，异相网络互相牵制，对共混物的流动起阻碍作用，使粘度上升。
2．随着剪切速率的增加，已生成的PANI-DBSA连续相在剪切力的作用下发生变形断裂，生成分散相粒度小，混合更加均匀的共混体系，这时分散相的小液滴对流动起到润滑的作用。所以在高剪切速率下，共混体系的表观粘度随PANI-DBSA含量的增加而减小。
3．n值所反映的非牛顿性，在本质上表现为表观粘度的剪切力敏感性问题。少量的PANI-DBSA介入PAN的链间，使PAN分子间的作用力减弱，共混体系对剪切力的敏感性大大减少，n值增加。当PANI-DBSA的含量增加时，PANI-DBSA变成为连续相存在于共混体系中，PANI本身分子链聚集，出现了明显的分子链间缠结，故共混溶液对剪切力的敏感性又有所提高，n值减小。
论文来源:2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集
