导电聚苯胺共混物和复合物的合成及应用

专论与综述(417~421)导电聚苯胺共混物和复合物的合成及应用杨庆浩,井新利,王杨勇(西安交通大学环境与化工学院高分子材料系,陕西西安710049)摘要:综述了近年来获得低逾渗导电聚苯胺共混物和复合物所采用的合成方法,以及聚苯胺共混物和复合物的各种特征及其应用。关键词:聚苯胺;导电高分子材料;共混物;复合物中图分类号:TQ324.8��文献标识码:A��文章编号:1009-0045(2002)06-0417-05��成本低、电导率可调、热稳定使聚苯胺成为应用前景广阔的导电高分子材料。但其分子链刚性强、极性大、难熔融且难溶于一般溶剂,因而加工性差。自Cao等[1-4]发现功能质子酸掺杂聚苯胺后其溶解性增强,可溶于一般有机溶剂后,有关聚苯胺的改性加工大有进展,主要途径有:(1)对聚苯胺的结构进行修饰或预制聚苯胺可溶性复合物或胶体后再分散制备聚苯胺�基体共混物,以改善聚苯胺溶解性;(2)改变合成途径,采用化学或电化学方法制备聚苯胺-基体共混物或复合物;(3)通过聚苯胺和基体熔融挤出制备聚苯胺-基体复合物等[1-3]。有关共混物和复合物的区别并不明确,Anand等[4]认为:当聚苯胺-基体复合材料中基体是聚合物时,该材料既可定义成共混物,也可定义成复合物;而基体是非聚合物材料(如金属氧化物)时,则只定义为复合物。根据逾渗理论,当导电填料在绝缘基体中均匀分布且体积分数超过16%后,该复合物或共混物必定导电,但聚苯胺性质独特,即使导电聚苯胺在复合物或共混物中体积分数远低于16%,体系也会逾渗,由此有望制备兼具聚苯胺电、磁学性质和基体材料性能的共混或复合材料。本文简介了该领域的进展。1�制备方法�1.1�化学合成化学原位聚合�该制备方法包括:(1)苯胺和基体混合均匀后加入氧化剂溶液进行制备;(2)将基体和氧化剂分别或同时加入苯胺的酸性溶液中进行制备;(3)将苯胺加入含有基体和氧化剂的溶液中进行制备;(4)将氧化剂加入到苯胺、基体和介质酸的溶液中进行制备;(5)在掺杂聚苯胺的溶液中制备基体聚合物;(6)反相技术反应;(7)气、液界面聚合等。Pinho等[5]用上述方法(1)制备了(苯胺)单体溶胀的聚氯丁二烯;Oh等[6-7]用方法(4)在液相中使苯胺在纤维表面原位聚合制备聚苯胺涂覆导电涤纶纤维,产物电导率为10-5~10-2S�cm。Cadenas等[8]用界面聚合法制备了聚苯胺-PMMA和聚苯胺-PVK复合物,当聚苯胺含量(质量分数,下同)达5%时,复合物电导率已接近纯聚苯胺,而聚丙烯酸-CuS的导电逾渗阈值高达40%(w)。乳液和分散聚合�聚苯胺乳液和反相乳液聚合与一般聚合物相似。Ruckenstein等[9]先将聚苯乙烯(PS)和苯胺苯溶液分散在十二烷基苯磺酸钠溶液中制备成凝胶状乳液,然后将分散在酸溶液中的氧化剂加入乳液中反应,制备出逾渗阈值为2%~10%(�)、电导率为3~5S�cm的聚苯胺-PS复合物。分散聚合在分散于溶剂中的单体液滴内进行,产物是沉淀的胶乳粒子。共混成膜�合适的分散是连接导电聚合物基础研究和商业应用的纽带[3],溶液分散和简单�收稿日期:2002-03-25;修回日期:2002-08-14基金项目:国家自然科学基金资助(批准号:59903005)作者简介:杨庆浩(1977-),男,江苏连云港人,硕士,目前从事导电聚合物材料合成及应用研究。第20卷�第6期2002年11月������������石化技术与应用PetrochemicalTechnology&Application�����������Vol.20�No.6��Nov.2002干混无疑是最简单的方法。有关溶液分散的研究很多,Su等[10]将苯胺在十二烷基苯磺酸(DB�SA)的盐酸溶液中乳液聚合制备成的掺杂聚苯胺,用不同溶剂分别和PVA、聚丙烯酸等制成溶液后浇铸成导电膜。制备中DBSA充当掺杂剂和表面活性剂。Faez等[11]用DMF作溶剂,制备了对甲苯磺酸掺杂聚甲氧基苯胺-Hydrin-C共混物膜,其逾渗阈值是2%(w),而且即使聚苯胺衍生物质量分数升至9.1%,膜力学性能也几乎不变。Haba等[12]用乳液法分别制备出PAn-DBSA和PMMA水分散液,然后将二者混合制备成共混物,当PAn-DBSA的质量分数为0.5%时,该共混物的电导率就已达10-6S�cm。也可不用溶剂(干混)将聚苯胺的粉末和基体树脂混合制备成复合物,常见的有聚苯胺-PMMA和聚苯胺-PS复合物[4],笔者也用该法制备了聚苯胺-环氧树脂复合物,但其中聚苯胺分散程度低,逾渗阈值很高。熔融处理�Ikkala等[13]将DBSA掺杂的聚苯胺PAn(DBSA)x(其中x表示DBSA和聚苯胺本征态的重复单元的物质的量比)和氧化SBS在190处理后制备了一系列的PAn(DBSA)x�SEBS