导电聚苯胺_聚甲基丙烯酸甲酯复合膜的合成及特征

收稿日期:2004-03-18基金项目:沈阳市科委资助项目(225401)作者简介:谷亚新(1969-),女,博士研究生.导电聚苯胺/聚甲基丙烯酸甲酯复合膜的合成及特征谷亚新1,刘运学1,范兆荣1,王丽华1,张晴2(1.沈阳建筑大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110168;2.陕西石油化工研究设计院,陕西西安710054)摘要:采用原位氧化聚合法合成了聚苯胺(PAn)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料,通过溶液浇铸的方法制成了性能优良的可溶性导电自支撑膜,电导率达10-2S/cm;考察了各种反应条件对复合膜电导率的影响,获得了最佳的聚合反应条件,并进行了环境稳定性测试,其循环伏安曲线表明聚苯胺具有稳定的电化学活性,元素分析结果表明复合的聚苯胺存在一饱和值,超过饱和值,提高聚苯胺的含量对电导率影响不大,并对复合膜进行了红外光谱测试.关键词:导电高分子;聚苯胺;复合膜;电导率中图分类号:O631文献标识码:A文章编号:1671-2021(2004)03-0196-04导电高分子材料是近些年来兴起的一个十分活跃的研究领域.其中,结构型导电高分子材料倍受青睐,主要包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等.聚苯胺以其单体价格低廉,合成工艺简单,导电性能优良,空气及热稳定性高等优点倍受人们的关注,已成为导电聚合物研究领域的前沿[1].尽管聚苯胺存在各种优良的性能,但由于其掺杂态在有机溶剂中的溶解性差且流变性能不良,因而限制了它的应用范围.为使其易于加工,许多研究者做了大量的工作,如利用功能化质子酸作掺杂剂[2,3]使掺杂态聚苯胺可溶,制备可溶的聚苯胺衍生物[4~6]及制备聚苯胺的共聚物和复合物等.结合聚苯胺的导电性和一些高聚物易加工成型的特性,人们相继开展了聚苯胺/聚合物基复合材料的研究.笔者将苯胺在PMMA的溶液中进行原位氧化聚合,制备了性能优良的导电复合膜.1实验概要111原材料苯胺(An):郑州化学试剂三厂生产;盐酸(HCl):沈阳新宇试剂厂生产;过硫酸钾(K2S2O8):淄博市兴鲁化工有限公司生产;三氯化铁(FeCl3):上海裕立有限公司生产;乙酸乙酯:上海新华化工厂生产;PMMA:自制.112导电PAn/PMMA复合膜的制备及测定称取一定量的三氯化铁,配成115mol/L的水溶液;将定量的PMMA配成3%的乙酸乙酯溶液,加入三口瓶中通氮气,电磁搅拌下加入定量的苯胺盐酸溶液,搅拌一定时间,用滴液漏斗缓慢滴加过硫酸钾的水溶液(118mol/L),控制苯胺、盐酸、过硫酸钾的摩尔比为1B014B0125,达到规定反应时间后,体系变至墨绿色.反应完毕,产物经离心分离,抽滤,并用蒸馏水洗涤静止后得到三氯化铁掺杂的聚苯胺溶液,浇铸成膜.113性能测试(1)电导率的测定将制得的复合膜裁成110cm@210cm的样条,室温下用标准四探针法测样条电导率.(2)循环伏安曲线以复合膜为工作电极,Pt电极为对电极,SCE为参比电极,在110mol/L盐酸电解液中循环扫描5次,扫描速率为20mV/s,用四电极恒电位仪测试.(3)红外光谱测定取待浇膜的溶液涂于KBr片上,烘干溶剂,用日本岛津IR-435型红外光谱仪测定.(4)元素分析取复合膜粉末用SQ-201型元素分析仪分析.2测试结果与讨论211PAn/PMMA导电复合膜的制备(1)投料质量比X(An)/X(PMMA)对复合膜电2004年7月第20卷第3期沈阳建筑工程学院学报(自然科学版)JournalofShenyangArch.andCiv.Eng.Univ.July2004Vol120,No13导率的影响图1是投料质量比X(An)/X(PMMA)对复合膜电导率的影响.可见,随着苯胺投料比的增加电导率增加,当X(An)/X(PMMA)大于0160时电导率趋于平稳,达到10-2的数量级,继续提高投料比则电导率增加幅度不大.PAn在复合膜中的质量分数及其均匀分散程度是影响复合膜电导率的重要因素,当投料比较小时,复合膜中的导电组分PAn的含量较低,不足以形成导电网络,表现为电导率较低;当投料比增大后,复合膜中的导电组分PAn的均匀分散程度增加,已经能够形成连续的导电通道,这时复合膜表现出较高的电导率,但随着PAn含量的提高,复合膜的柔韧程度将下降.图1投料质量比对复合膜电导率的影响(2)反应温度对复合膜电导率的影响图2是反应温度对复合膜电导率的影响.可见温度对复合膜电导率的影响较大,一开始随着反应温度的升高,电导率增加,在35e左右电导率达最大值,继续提高反应温度,电导率开始下降.这是由于苯胺的聚合反应,在较低的温度下不利于生成/头)))尾0有序连接的产物,电导率较低;升高温度,利于生成/头)))尾0有序连接的产物,电导率有所增加;但温度过高,因苯胺的聚合反应是放热反应,会图2反应温度对复合膜电导率的影响使反应速度