在1985中,Deberry發現在不銹鋼上電沈積的聚苯胺膜可以顯著降低不銹鋼在硫酸溶液中的腐蝕速率。其實就是單壹的聚苯胺塗層,即苯胺在酸性溶液中通過電化學聚合直接沈積在金屬電極表面,得到聚苯胺塗層。然而,這種方法很難用於較大的金屬部件。
聚苯胺基塗料是指以傳統聚合物為面漆塗覆聚苯胺,與聚苯胺形成復合塗層。它的優點是不需要考慮聚苯胺在塗料中的分散性,各塗料各司其職。耐腐蝕性是這些作用的總和,面漆壹般起到物理屏蔽作用。美國洛斯阿拉莫斯和美國國家航空航天局的聯合研究小組首次發現聚苯胺可以用作中碳鋼的防腐塗層。
聚苯胺與傳統塗料的混合塗料是指聚苯胺粉末與常規塗料成膜物質(如環氧樹脂、醇酸樹脂等)的混合塗料。),這是研究聚苯胺防腐性能和機理應用最廣泛的方法。它不同於以聚苯胺為底漆的塗料,塗料的防腐性能是各組分有機相互作用的結果。
聚苯胺除可用於防腐塗料外,還可用於制備電磁幹擾屏蔽塗料和抗靜電塗料。聚合物的導電性使得塗層可以鈍化暴露的金屬區域,EMI屏蔽的原理是:使用低電阻的導體材料,利用電磁波在屏蔽導體表面的反射和吸收以及傳輸過程中的損耗來阻礙其傳播。導電PAn作為導體材料時,可以在壹定程度上解決金屬導電填料價格高、密度大、易氧化或腐蝕等缺點。有人制備了以導電PAn包裹碳基材料為主要導電組分,以熱塑性樹脂為主要成膜物質的EMI屏蔽塗料。
聚苯胺的防腐機理尚不清楚,研究者提出了許多理論,包括屏蔽機理、電場機理、雙極包覆機理、吸附機理、陽極保護機理、摻雜離子緩蝕機理和陰極保護機理。可以肯定的是,聚苯胺的氧化還原電位遠高於金屬在氧化態轉變時的氧化還原電位,這也是聚苯胺具有金屬防腐能力的原因之壹。當環境pH值大於或等於7時,聚苯胺具有完全氧化態(LEB)和半氧化態(EB)結構。聚苯胺的這兩種結構只是在金屬保護過程中起到機械隔離作用,類似於金屬表面非金屬塗層保護的形式。當金屬表面的聚苯胺有缺陷時,對零件沒有保護作用;並且當聚苯胺處於環境pH值時
有人用聚苯胺/聚甲基丙烯酸甲酯復合塗層材料檢測低濃度氨氣。根據復合材料電導率的不同,氨氣檢測的極限濃度範圍為(10~4000)×10-6。當充入氮氣時,復合塗層的電導率和透光率能迅速恢復到初始狀態,從而實現循環使用。聚苯胺具有電荷存儲容量高、對氧和水穩定性好、電化學性能好、密度低和可逆氧化/還原特性等特點。它可用作復合電極中的導電基質和活性材料,並已用作聚合物鋰電池和太陽能電池的電極材料。由聚苯胺制成的塑料電池不僅重量輕,而且庫侖效率超過95%。其理論能量密度可達500W/kg以上,是鉛酸蓄電池(184Wh/kg)的數倍。聚合物鋰電池,即以PAn和PAn復合材料為電極材料的鋰離子電池,主要是利用PAn復合材料在電極反應過程中摻雜/脫摻雜的可逆性,實現氧化還原反應,完成電池的充放電過程。該電池能量密度高,突破了傳統鋰離子電池正極材料選擇面過小的問題。采用反膠束法制備了PAn/V2O5納米纖維,並將其用作鋰離子二次電池正極材料,研究了其電化學性能。結果表明,復合納米纖維比V2O5納米纖維具有更好的循環性能,用碳材料代替金屬鋰作為電池負極,可以代替金屬鋰在電極上的沈積和溶解反應,從而避免了負極表面的鋰枝晶問題,保持了鋰電池高電壓、高比能量的優勢,大大提高了電池的循環壽命和安全性能。
聚合物太陽能電池的基本機理主要是基於半導體p-n結的光伏效應,即在光的照射下,半導體內部產生的電子-空穴對在靜電場的作用下分離產生電動勢。聚合物太陽能電池具有易於制備和純化、易於加工、價格低廉、可根據需要進行化學修飾、開路電壓高、可大面積柔性器件等優點。吸波材料的吸波原理是吸收或衰減入射電磁波,將電磁能轉化為熱能或其他形式的能量進行耗散。聚苯胺是壹種電損耗吸收材料,其吸波性能與其介電常數和電導率密切相關。其中,PAn具有雙電子軛體系,其電導率可以在絕緣體、半導體和金屬之間變化,具有分子設計合成、結構多樣化、密度低、吸收頻帶寬、電磁參數可調、易於復合加工等特點。,避免了磁性金屬吸波材料耐老化、耐酸堿、光譜特性等性能差的缺點。然而,PAn的鏈間剛性強而脆,可以通過復合來改善。有人制備了DBSA摻雜的PAn/MMTNCs,在2 ~ 18 GHz範圍內具有微波吸收性能,在13 ~ 14 GHz範圍內反射損耗小於-10dB,在13GHz。美國和其他國家已經在航天飛機上將其用作塑料焊接技術的遠距離加熱材料。聚苯胺還復合成具有光學透明性的雷達吸波材料,噴塗在飛機座艙蓋和精確制導武器的光學透明窗上,以減弱目標的雷達回波。
而PAn很難同時滿足阻抗匹配和強吸收的特性,但可以通過將PAn與具有磁損耗吸收性能的磁性顆粒復合來實現。例如,當在PAn和石蠟的混合體系中加入納米NiFe2O4晶體時,PAn/NiFe2O4和石蠟的混合體系在測試頻率範圍內同時具有介電損耗和磁損耗,混合體系的微波吸收性能高於單壹PAn。由於其良好的導電性,PAn可以作為“分子線”在生物活性物質和電極之間直接轉移電子,顯著改善了生物傳感器的響應特性,從而制成無介體的第三代生物傳感器,並可以通過在合成過程中摻雜不同的陰離子來檢測不同的分析對象。有人用滴塗法組裝了選擇性多巴胺生物傳感器,可以在中性條件下檢測維生素C濃度為1/5000的多巴胺。
還有人利用聚苯胺的變色特性來檢測C輻射,通過測量接受不同劑量輻射的聚苯胺薄膜的紫外-可見吸收光譜來確定輻射劑量與吸收光譜的函數關系。聚苯胺制成的導電纖維不僅具有優異而持久的導電性,而且可以通過改變摻雜酸的濃度來方便地進行調節,這是其他纖維所不具備的優異性能。在普通纖維中摻入極少量的導電纖維,可以賦予纖維制品足夠的抗靜電性能,並且抗靜電性能不會受到環境濕度的影響。有人用氧化法對纖維進行摻雜,導電纖維的電阻率為1.05×10-2ω·cm。
制備方法主要包括熔融紡絲法和原位聚合法。熔融紡絲法主要采用聚苯胺本體紡絲或聚苯胺與基體聚合物的混合紡絲。其優點是制備的導電聚苯胺纖維具有較高的導電性,但聚苯胺在常用溶劑中的溶解性很差,可供選擇的溶劑很少,因此在實際生產中有很大的局限性。
原位聚合又稱原位吸附聚合,用於制備聚苯胺導電纖維,聚苯胺的合成反應在纖維表面進行。基本過程是將基體纖維浸入苯胺溶液中,然後將含有壹定量苯胺單體的纖維放入氧化劑和摻雜酸的反應浴中,使苯胺氧化聚合,生成的導電聚苯胺附著在纖維表面。工藝流程為:1)漂洗→烘幹→表面預處理或不處理→苯胺單體浸泡→聚合吸附→清洗→烘幹;2)漂洗→幹燥→表面預處理或不處理→氧化劑溶液浸泡→聚合吸附→清洗→幹燥。電穩定性受環境溫度和濕度的影響。壹般來說,需要在織物表面塗壹層保護膜。其導電性隨著時間的延長而衰減,聚苯胺沈積在織物上的厚度分布不均勻,造成織物的導電性不均勻。
這種方法的麻煩在於需要保證纖維對導電聚苯胺的有效吸附,對於結構疏松或吸水性好的纖維容易,而對於聚酯等結構致密、吸水性差的纖維則很難。結果表明,無機酸摻雜聚苯胺導電織物的效果優於大多數有機酸,聚苯胺復合導電滌綸織物的導電性受洗滌液pH值的影響,其中堿性洗滌液使導電性降低2個數量級,酸性洗滌液使導電性降低1個數量級,聚苯胺在滌綸織物表面附著性好,空氣穩定性好,但鹽酸由於分子量小,容易被摻雜,空氣穩定性差;因此,鹽酸摻雜聚苯胺的脫摻雜行為是聚苯胺復合導電織物電導率隨時間衰減的主要原因。
有趣的是,原位聚合法中的壹些研究表明,強氧化劑的氧化效果不壹定好,因為當使用過硫酸銨等強氧化劑時,氧化非常迅速,低聚物進壹步聚合並從溶液中析出,然後才能滲透到纖維中。弱氧化劑有效地控制了苯胺的氧化聚合速度,使齊聚物有足夠的時間遷移到纖維表面和內部。控制氧化速率是保證纖維有效吸附聚苯胺的關鍵。同時,過高的氧化劑濃度也不利於提高纖維的導電性。當PAn與磁性粒子復合時,電、磁性能可以復合,通過調整各組分的組成和結構可以調整復合材料的電、磁性能。還可以彌補無機磁性材料成型加工困難的缺點,還可以作為腫瘤定向集熱治療的醫用材料。
PAn具有活性中心,可用作化學改性的膜材料,用貴金屬粒子如Pd改性PAn可用作催化劑。這種高催化活性可能來自於PAn和Pd顆粒的協同作用。
由於摻雜離子往往在聚苯胺分子鏈之間形成柱狀陣列,隨著摻雜濃度的增加,後續嵌入的摻雜離子可能進入之前形成的陣列或形成新的陣列,並導致大分子鏈的分離。因此,聚苯胺在不同氧化態下的體積有顯著差異,且對外加電壓有體積響應,可用於制造人工肌肉。