聚甲基丙烯酸乙基咔唑酯光导材料的制备及性能研究

摘要

咔唑类聚合物具有优异的光电性能和空穴导电传输性能,在能源、国防、信息、医疗、环保、农业等领域具有广阔的应用前景。聚乙烯咔唑(PVK)由于其优良的光电导特性,成为研究最充分的聚合物光电导材料,但其存在玻璃化转变温度高,成膜性差、脆性大等缺点,大大限制了其研究及应用。基于此本文重点研究聚甲基丙烯酸乙基咔唑酯(PCEM)的制备方法、工艺条件及光电导性能,为新型聚合物光电导材料的研究和应用打下基础。
　　 本文采用酯交换法和亲核取代法合成甲基丙烯酸乙基咔唑酯(CEM),研究了二种制备方法的工艺特点。酯交换法制备CEM的时间短。亲核取代法制备CEM的后处理简单、所需氯乙基咔唑原料易得(采用微波法合成)。微波法制备氯乙基咔唑工艺:搅拌条件,反应温度为45℃,反应时间为40min,微波功率为600W。微波加热法合成氯乙基咔唑比常规加热法的反应时间短,温度低,产率高。
　　 对制备PCEM的工艺条件进行了系统的研究。确定制备工艺条件:CEM为原料、DMF为溶剂、反应温度为85℃、反应时间为14h、引发剂AIBN的用量为0.005g。
　　 通过紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱、凝胶渗透色谱分析方法对合成产物进行表征,并通过DSC和成膜性对PCEM进行研究。结果表明:成功合成数均分子量为2.9089×104g/mol的PCEM,其玻璃化转变温度为145.2℃,比PVK(185.4℃)的低40℃,成膜性相对于PVK有明显提高；通过光电导测试研究PCEM的光电性能,并与PVK进行对比分析。分析表明:相同条件下PCEM的光电导率要比PVK的略高,并且反应温度和反应时间对PCEM的光电导率有一定影响；反应时间为14h、反应温度为85℃下PCEM的光电导率最大为5.469×10-18 S·cm-1。