Композиционные материалы на основе полианилина и полиамидных матриц, их структура и свойства

• Автор: Меньшикова, Ирина Петровна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Структура полианилина ГГАНи

1.2. Получение полианилина

1.2.1. Электрохимический синтез полианилина

1.2.2. Химический синтез полианилина

1.2.2.1. Механизм полимеризации анилина

1.3. Физикохимические и электрохимические свойства полианилина

1.3.1. Электропроводящие свойства ПАНи

1.3.1.1. Протонирование допирование полианилина

1.3.1.2. Механизм электропроводности в полианилинс

1.3.1.3. Вторичное допирование метод повышения электропроводности ПАНи
1.3.2. Растворимость полианилина в органических растворителях
1.3.2.1. Модификация ПАп для улучшения его
растворимости
а сульфирование ПАНи
б полимеризация анилина в присутствии полиэлсктролитной матрицы
в получение комплексов полнанилинПАВ
1.3.3. Термическое старение полианилина
1.4. Композиционные материалы на основе полианилина и полимерной матрицы
1.4.1. Матрица найлона6
1.4.2. Композиционный материал полианилиннайлон6
1.5. Применение ПАНи
1.5.1. Антистатические и антикоррозионные покрытий
на основе ПАНи.
1.5.2. рНсенсор на основе ПАНи
1.5.3. Применение ПАНи в качестве газосеисора
1.5.3.1. Определение присутствия аммиака в воздухе
1.5.3.2. Детектирование диоксида азота в воздухе
1.5.4. Биосенсоры на основе полианилина
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования
2.2. Приготовление и изучение свойств образцов
2.2.1. Исследование абсорбционной способности пленок найлона6
2.2.2. Синтез композиционного материала полианилиннайлоп6
2.2.3. Протонирование и депротонированис пленок ПАНинайлон6
2.2.4. Исследование механических свойств композиционного материала ПАНинайлон6
2.2.5. Модификация матрицы найлона6 и анализ их абсорбционной способности
2.2.6. Определение реакционной способности пленок ПАНинайлон6 при взаимодействии их с
водными растворами К1 или 1,4гидрохинона
2.2.7. Исследование зависимости удельного поверхностного сопротивления ПАНи в композиционном материале
при адсорбции на его поверхность различных полиапионов
2.2.8. Конструкция потенциометрической ячейки
2.2.9. Определение присутствия олигонуклеотидов и синтетических полиатшонов в растворе с
помощью индикаторного электрода ПАНинайлон6
2.2 Детектирование процесса гибридизации
с помощью индикаторного электрода ПАНинайлон6
2.3. Методы исследования
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Особенности получения и свойства композиционных материалов на основе полианилина и найлона
3.1.1. Определение абсорбционной способности найлона6 в различных средах, содержащих анилин
3.1.2. Получение и исследование свойств композиционного
материала ПАИпнайлон
3.1.2.1. Определение структуры полиапилина в композиционном материале методом ИКфурье спектроскопии
3.1.2.2. Исследование характера распределения компонентов в композиционном материале методами просвечивающей электронной
и атомносиловой микроскопии
3.1.2.3. Взаимодействия ПАНи в составе композитной пленки с полианионами
3.1.2.4. Влияние среды на размер частиц ПАНи в композиционном материале
3.1.2.5. Механические свойства композиционных материалов на основе поли анилина и найюна
3.2. Влияние модификации матрицы пайлона6 на свойства композиционного материала Г1АНинайлон
3.2.1. Получение композиционных материалов на основе
модифицированных матриц найлона6 с заранее заданной морфологией поверхности
З.2.1.1. Влияние гидротермической обработки матриц найлона6 на их структуру и свойства
3.2.1.2. Влияние гидротермической обработки
найлоновых матриц на структуру и свойства композиционных материалов на их основе
3.2.2. Определение реакционной способности ПАНИ
в композиционных материалах на основе модифицированных матриц иайлона6
3.3. Использование композиционного материала ПАНинайлон6 в качестве биосенсора
3.3.1. Потенциометрическое определение природных и синтетических полианионов в растворе с помощью индикаторного электрода
на основе композитной пленки ПАНинайлон6
3.3.2. Детектирование процесса гибридизации олигонуклеотидов
с помощью индикаторного электрода ПАНинайлон6
3.3.3. Ковалентная иммобилизация олигонуклеотидов на поверхности пленки ПАНинайлон6
3.3.3.1. Исследование взаимодействия полианилина с мсркаптосоединсниями
3.3.3.2. Ковалентная иммобилизация олигонуклеотидов на поверхность индикаторного электрода ПАНинайлон6
3.3.3.3. Детектирование процесса гибридизации олигонуклеотидов, ковалентно иммобилизованных на поверхность электрода ПАНинайлон6,
и определение его селективности
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Индикаторные электроды на основе композиционного материала полианилиннайлон6 могут найти применение в исследовательской лабораторной практике для определения синтетических полианионов в растворе, создания мультислоев, а также при изучении вторичной структуры олигонуклеотидов и процессов их гибридизации. Полианилин представляет собой полимер, состоящий из чередующихся окисленных II и восстановленных I повторяющихся звеньев. В зависимости от степени окисления выделяют три основные формы полианилина лейкоэмеральдин у 1, эмеральдин у 0,5 и пернигранилин у 0, которые различаются по цвету и электропроводности 1. В принципе, у может непрерывно изменяться от 1, что соответствует полностью восстановленной форме лейкоэмеральдину, до 0, что характерно для полностью окисленной формы, псрниранилина. Чтобы разобраться в химической природе ПАНи, необходимо установить связь между цветом, электропроводностью, условиями получения и переходами различных форм ПАНи из одной в другую. Наличие аминных и иминных атомов азота в составе фенилдиаминных и хинондииминных фрагментов ПАНи, проявляющих основные свойства, обуславливает возможность взаимодействия ПАНи с протонными кислотами. Следует отметить, что протонированные формы ПАНи часто называют его солями изза наличия в них четвертичных заряженных атомов азота с противоионами. Из схемы 1. ПАНи являются обратимыми и происходят как в результате процессов окислениявосстановления, так и процессов протонированиядепротонирования или этих двух процессов одновременно. Обычно электропроводность соли эмеральдина составляет 1 5 Смсм 3. В результате депротонирования соли эмеральдина растворами оснований например, раствором ИНзНгО получается основание эмеральдина синего цвета 4, электропроводность которого составляет 8 К9 Смсм схема
Окисление основания эмеральдина например, мхлорбензойной кислотой мС1СбН4С0Н приводит к образованию непроводящего основания периигранилина 6 Для проведения данной реакции основание эмеральдина предварительно растворяют в Иметилпирролидоне ИМП, а затем постепенно вводят окислитель. На рис. ЫМП с различным содержанием окислителя мхлорбензойной кислоты 6. Как видно из рис. В процессе перехода от эмеральдина к пернигранилину на спектре возникают три изобестические точки при 0, 0 и 0 нм 6. Как известно 7, наличие изобестичеких точек на спектре свидетельствует об отсутствии промежуточных продуктов. Таким образом, окисление эмеральдина в пернигранилин происходит в одну стадию, без образования промежуточных соединений и дискретных окисленных форм 7. Взаимодействие основания периигранилина с протонными кислотами приводит к получению протонированного периигранилина синего цвета, неустойчивого на воздухе 7 схема 1. Рисунок 1. Электронный спектр поглощения раствора основания эмеральдина в 1 при добавлении мС1С6Н4С0Н кислоты 9 отношение окислитель основание эмеральдина возрастает от 0, кривая 1, 0, кривая 2 0, кривая 3 кривая 4 1, кривая 5. Восстановление эмеральдина вызывает образование бесцветного неэлектроироводящего лейкоэмералъдина схема 1. В качестве восстановителей обычно используют фенилгидразин или гидразин 8. Однако лейкоэмеральдин таюке неустойчив на воздухе и быстро окисляется до эмеральдина схема 1. Из приведенной выше схемы видно, что процессы протонированиядепротонирования и окислениявосстановления не изменяют строения основной цепи полианилина и являются обратимыми. Основные способы получения ПАНи в форме эмеральдина включают электрохимическую и окислительную химическую полимеризации анилина . В настоящее время таюке показана возможность ферментативной полимеризации анилина , однако снижение активности большинства используемых ферментов например, пероксидазы хрена в кислых средах затрудняет получение ПАНи, снижая его выход и электропроводность , поэтому в дальнейшем будут подробнее рассмотрены первые два способа. Полианилин в эмеральдиновой форме часто получают в виде тонких пленок электрохимическим окислением анилина в водных кислых средах на металлических или стеклянных проводящих электродах . Значение разности потенциалов, при которых проводят полимеризацию, обычно лежит в области 0,2 0,9 В .