畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 水溶性導(dǎo)電型涂料的研制及性能研究

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1、 XXXX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 開(kāi) 題 報(bào) 告 題 目 水溶性導(dǎo)電型涂料的研制及性能研究 院、系(部) XXXXXXX學(xué)院 專業(yè)及班級(jí) XXXXXXXXXXX班 姓 名 XXX

2、 XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題 目 水溶性導(dǎo)電型涂料的研制及性能研究 選題類型 研究型 一、選題依據(jù)(簡(jiǎn)述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、生產(chǎn)需求狀況, 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)今存在的問(wèn)題,說(shuō)明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn))： 1.1 研究現(xiàn)狀： 長(zhǎng)期以來(lái)，聚合物通常作為絕緣體使用。到20世紀(jì)50年代末期，研究人員發(fā)現(xiàn)某些聚合物本身具有導(dǎo)電性。但直到1976年．美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的Macdiarmid等報(bào)道了不導(dǎo)電的聚乙炔用微量碘摻雜可變成導(dǎo)電聚合物之后，科學(xué)家才對(duì)本征型導(dǎo)電聚合物發(fā)生興趣。至今，只有氮化硫可算是純粹的本征型導(dǎo)電材料。其他許多導(dǎo)電聚合物幾乎均需用氧化還原、離子化

3、、電化學(xué)等手段摻雜才具有較高的導(dǎo)電性。近年來(lái)，本征型導(dǎo)電涂料的研制主要集中在：聚苯胺、聚乙炔、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚喹啉等。在眾多的高分子材料中，聚苯胺有原料易得、合成簡(jiǎn)便、耐高溫、抗氧化性能良好及摻雜機(jī)制獨(dú)特等眾多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的一種導(dǎo)電聚合物。 1984年，MaeDiarmid首先報(bào)道聚苯胺的質(zhì)子酸摻雜.同年，王佛松等申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“聚苯胺的合成、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用”，正式開(kāi)展導(dǎo)電聚苯胺的研究．這項(xiàng)研究，后來(lái)得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和有關(guān)部門的連續(xù)資助，一直延續(xù)至今．從總體來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)春應(yīng)化所的導(dǎo)電聚苯胺研究大致分兩個(gè)階段，從1984年到1990年，主要研究

4、聚苯胺的合成和基本的結(jié)構(gòu)和性能，相關(guān)的研究成果，1990年獲得中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，1991年獲得國(guó)家自然科學(xué)三等獎(jiǎng)．1991年以后，圍繞聚苯胺的可加工性，深入開(kāi)展聚苯胺的結(jié)構(gòu)和性能研究，并開(kāi)發(fā)聚苯胺在防腐、防污涂料及其它方面的實(shí)際應(yīng)用． 1988年，Angelopoulos等發(fā)現(xiàn)中性聚苯胺可溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，但中性的聚苯胺是絕緣體，必須經(jīng)過(guò)再摻雜后才能變成導(dǎo)體，而導(dǎo)體聚苯胺卻不溶于這些有機(jī)溶劑中． 1990年，王佛松等報(bào)道了他們合成的導(dǎo)電PANI可部分或全部溶于氯仿、四氫呋哺、Ⅳ-甲基吡咯烷酮(NMP)等有機(jī)溶劑中．可以說(shuō)，在兼顧導(dǎo)電性、溶解性方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展.

5、 可是，大多數(shù)有機(jī)溶劑都會(huì)造成不同程度的環(huán)境污染．隨著環(huán)保呼聲越來(lái)越高，水性涂料成為首選，但聚苯胺本身為難溶、難熔聚合物，因此有必要改善聚苯胺的水溶性，拓寬導(dǎo)電聚苯胺在水性樹(shù)脂領(lǐng)域里的使用范圍。水溶性導(dǎo)電PANI的研究就成為導(dǎo)電PANI的又一研究熱點(diǎn)． 1992年，Liu等首先以聚苯乙烯磺酸(PSSA)為模板，F(xiàn)eCl3為氧化劑合成了可溶于水的PSSA摻雜的PAn。此后Angelupoulos等以過(guò)硫酸銨為氧化劑深入地研究了水溶性聚合物酸摻雜PAn的制備，并申請(qǐng)了專利。Shannon等以過(guò)硫酸銨和過(guò)硫酸鉀為氧化劑，研究了PSSA摻雜PAn的制備和性質(zhì)；Samuelson則以辣根過(guò)氧化酶作氧

6、化劑，也合成了水溶性的PAn， 劉學(xué)習(xí)等在聚苯乙烯磺(PSSA)摻雜PANI的合成中，以苯胺為單體，過(guò)硫酸胺(APS)為氧化劑，在PSSA的水溶液中合成了完全可溶于水的導(dǎo)電PANI，電導(dǎo)率達(dá)0．156 S／cm．任斌等使用高分子聚乙烯醇(PVA)水溶液為基體，合成了水中可溶的導(dǎo)電PANI／PVA復(fù)合材料． 1.2 生產(chǎn)需求狀況： 可溶性導(dǎo)電聚苯胺廣泛應(yīng)用于國(guó)防、船舶工業(yè)、石油化工和電子化學(xué)等領(lǐng) 域，是目前世界上市場(chǎng)前景極其看好的熱門材料之一。但這種材料生產(chǎn)工藝復(fù) 雜，容易造成污染，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)十分困難。 我國(guó)第一條可溶性導(dǎo)電聚苯胺生產(chǎn)線日前在吉林省長(zhǎng)春市建成，結(jié)束丁

7、該 產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口的歷史。這條年產(chǎn)20萬(wàn)t的生產(chǎn)線由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所和吉林正基科技公司聯(lián)合建成。中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所從解決合成過(guò)程中的熱效應(yīng)和環(huán)境污染這兩大關(guān)鍵問(wèn)題人手，優(yōu)化聚合及后處理工藝：生產(chǎn)出的可溶性導(dǎo)電聚苯胺，數(shù)均分子量、分子量分布、最大溶解度、凝膠時(shí)間、不溶物含母等主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際水平。其中，凝膠時(shí)間和溶解度兩項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。 中國(guó)船舶工業(yè)總公司、中國(guó)石油天然氣總公司和中國(guó)航天機(jī)電集團(tuán)公司等國(guó)內(nèi)大型企業(yè)均看好國(guó)產(chǎn)可溶性導(dǎo)電聚苯胺，將把它用于海洋防腐、海洋防污、采油和輸油管道防腐等。美國(guó)和歐洲一些國(guó)家也打算進(jìn)口中國(guó)的聚苯胺產(chǎn)品。據(jù)估計(jì)，2—3年內(nèi)，中科院長(zhǎng)

8、春應(yīng)化所的聚苯胺年產(chǎn)量將達(dá)到l 000 t，下游產(chǎn)品年產(chǎn)量將達(dá)到萬(wàn)噸左右，年產(chǎn)值將達(dá)到5億～lO億元人民幣，創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)今存在的問(wèn)題: (1) 由于PANI的不溶不熔特點(diǎn)，使得它的應(yīng)用受到了極大的限制．如何在保證其電導(dǎo)率的同時(shí)增加其可溶性，即在獲得易于加工的PANI的同時(shí)，最大限度地保持其原有的高導(dǎo)電性就成為導(dǎo)電PANI的發(fā)展方向。 (2) 水溶性導(dǎo)電涂料的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是：防止涂料中的水使金屬填料氧化，致使導(dǎo)電性下降。在溶劑性涂料中使用的球狀金屬填料在水溶性涂料中容易沉降．故填料需制成表觀密度較低、不易沉降的片狀，并加入特殊分散劑使料

9、即使沉降也容易再分散。 1.4 選題目的及研究意義： 隨著環(huán)保呼聲越來(lái)越高，水性涂料成為首選，但聚苯胺本身為難溶、難熔聚合物，因此有必要改善聚苯胺的水溶性，拓寬導(dǎo)電聚苯胺在水性樹(shù)脂領(lǐng)域里的使用范圍。水溶性導(dǎo)電PANI的研究就成為導(dǎo)電PANI的又一研究熱點(diǎn)． 有機(jī)磺酸(如十二烷基苯磺酸、對(duì)甲基苯磺酸等)同時(shí)含有極性和非極性基團(tuán)，摻雜聚苯胺，不僅能夠提高聚苯胺的溶解度，而且環(huán)境穩(wěn)定性也優(yōu)于小分子無(wú)機(jī)酸的摻雜。 十二烷基苯磺酸／鹽酸為混合摻雜劑，過(guò)硫酸銨為氧化劑，在非極性有機(jī)溶劑一功能質(zhì)子酸一水三相體系下，采用乳液聚合法制備導(dǎo)電聚苯胺，研究混合摻雜劑、氧化劑量、攪拌時(shí)間、溫度等聚合

10、條件對(duì)聚苯胺電導(dǎo)率和溶解度的影響。 參考文獻(xiàn)： [1] 蔣紅梅，袁宏，高保嬌等．涂料工業(yè)，1999，29(3)：12～15 [2] 黃元森。殷銘．新編涂料品種的開(kāi)發(fā)配方與工藝手冊(cè)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．2003．154～156 [3] 封偉，項(xiàng)昱紅，韋瑋．化工新型材料，1998，26(6)：13～19 [4] 錢逢麟，竺玉書.涂料助劑———品種和性能手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990 [5] 陳士杰主編.涂料工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994 [6] 高南，華家棟，俞善慶等.特種涂料.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984 [7] 戰(zhàn)鳳昌，李悅良.專用涂料.北

11、京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988 [8] 徐秉愷，張彬淵，仁宗發(fā)等.涂料使用手冊(cè).江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2000 [9] 武利民，李丹，游波.現(xiàn)代涂料配方設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000 [10] 汪多仁.新型粘合劑與涂料化學(xué)品.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000 [11] Kondo，Yosuke．Water—dilative and conductive coa“ng com—position capable of affbrding desired color tone． USA， US5 746 948．1998 [12] Marie A，Jefh℃y D G，Tho

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13、 二、 主要研究(設(shè)計(jì))內(nèi)容、研究（設(shè)計(jì)）思路及工作方法或工作流程 2.1實(shí)驗(yàn)方法：稱取一定量的過(guò)硫酸銨溶解于50 mL蒸餾水中。在反應(yīng)器中加入200 mL水、二甲苯混合溶劑(V(H20)：y(二甲苯)=3：1)和適量的十二烷基苯磺酸，快速攪拌10 rain，將0．05 tool的苯胺加入到正在攪拌的混合溶液中，混合均勻后溶液呈乳白色，然后加入適量的鹽酸。反應(yīng)溫度控制在一定范圍內(nèi)，過(guò)硫酸銨溶液1 h滴加完畢，繼續(xù)攪拌反應(yīng)一定

14、時(shí)間，靜置，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間為24 h。反應(yīng)完畢，將乳液破乳、過(guò)濾、洗滌、干燥，最終得到HCI／DBSA 混合摻雜的聚苯胺。將摻雜態(tài)聚苯胺用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的氨水處理6 h，過(guò)濾、洗滌至濾液pH=7，經(jīng)真空干燥至恒重，得到本征態(tài)聚苯胺。 2.2 工作流程圖： 二甲苯混合溶劑 (V(H20)：y(二甲苯)=3：1) 適量的十二烷基苯磺酸 反應(yīng)器 乳液 過(guò)硫酸銨溶液1 h滴加完畢 加入0．05 mol的苯胺 定量的過(guò)硫酸銨 定溫15C 適量鹽酸 本征態(tài)聚苯胺 真空干燥 6 h，，過(guò)濾、洗滌至濾液pH=7 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％的氨水處理 HCI／DBSA混合摻雜

15、的聚苯胺 干燥 過(guò)濾 洗滌 破乳 靜置 攪拌一定時(shí)間 50 m蒸餾水 溶解 快速攪拌10min 乳白色混合液 200mL蒸餾水 三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度安排 （1）3月10日—— 3月31日: 查閱相關(guān)資料及撰寫開(kāi)題報(bào)告 （2）4月1日—— 4月15日：確定設(shè)計(jì)方案，原料采購(gòu)及實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作 （3）4月16日—— 4月26日： 進(jìn)行合成實(shí)驗(yàn) （4）4月27日—— 5月15日： 材料的性能測(cè)試以及分析 （5）5月16日—— 5月17日： 總結(jié)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)整理和完成論文初稿 （6）5月18日—— 5月31日： 修改論文，定稿及制作PPT （7）6月下旬： 畢業(yè)答辯 指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師簽字:____________ 年 月 日 院系 部畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）領(lǐng)導(dǎo)小組審核意見(jiàn) 難度 份量 綜合訓(xùn)練程度 是否隸屬科研項(xiàng)目 教學(xué)院長(zhǎng)(主任)____________ （公 章） 年 月 日 6