聚吡咯/二异氰酸酯改性磺酸盐型有机硅导电材料的合成与性能研究

摘要

在铂催化剂条件下，利用含氢聚硅氧烷(PHMS)与3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙烷磺酸钠(COPS-1)和烯丙基聚醚Y-1硅氢化反应生成主链疏水、支链亲水的梳状交联共聚物磺酸盐有机硅聚醚(COPESO)，再将其与2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)扩链反应生成高分子多支链的二异氰酸酯改性磺酸盐型水性有机硅聚醚分散液(STESO)。
　　 采用原位吸附氧化聚合法，以FeCl3为氧化剂，利用自制的磺酸盐型水溶性有机硅分散液(STESO)为基体，无需额外添加分散剂或稳定剂，使吡咯(Py)单体在STESO胶粒的表面吸附氧化聚合制备了聚吡咯/磺酸盐型有机硅(PPy/STESO)导电材料。共轭性PPy与有机硅STESO复合不但附加了STESO的导电功能，更大程度改善了PPy的难溶、不熔性、电不稳定性、机械性能以及加工性能。
　　 采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、粒度、黏度、投射电镜(TEM)以及界面张力等对中间体(PESO、COPESO、TESO、STESO)进行结构、微粒形态进行表征分析;并通过红外光谱(ATR-FTIR)对STESO和PPy/STESO的结构进行表征，导电检测对其导电性能的影响因素研究。红外光谱图表明:PPy与STESO分子间存在氢键缔合，增强了PPy/STESO复合材料的导电性能和电稳定性。
　　 研究了单体Py浓度、加料顺序、反应温度、反应时间、pH、氧化剂和掺杂剂与Py摩尔比对PPy/STESO电阻率的影响。实验结果证明:吡咯用量为12.5％，n(FeCl3)/n(Py)=2.2、n(AQS)/n(Py)=2.4，投料顺序为磺酸盐型有机硅分散液(STESO)—吡咯(Py)—葸醌-2-磺酸钠(AQS)—氯化铁(FeCl3)，反应温度为0℃（冰浴），pH=3，充氮气保护，反应时间为3h，制备的PPy/STESO复合材料电阻率最低可达到10Ω·cm。
　　 利用有机硅本身具有低表面能、柔软性和耐热性，引入具有表面活性的磺酸基，增加了COPESO的柔软性、弹性及表面活性，降低了体系的黏性，微粒分散均匀、稳定性提高，主要是提高水分散性，其再经异氰酸酯TDI扩链反应生成磺酸盐型水溶性有机硅(STESO)，更利于吡咯单体在STESO乳胶的表面原位吸附氧化聚合生成聚吡咯，其均匀包覆在STESO胶乳的表面制备了核壳型新型导电复合材料，达到所需要改善的化学、物理机械性能，同时保证形成乳液具有较小的胶束粒子尺寸，并系统分析TDI改性有机硅和磺酸盐的引入对PPy/STESO复合材料导电性能的影响。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 聚吡咯／聚氨酯复合材料研究现状

1．3 聚吡咯复合材料的性能研究进展

1．3．1 聚吡咯的化学结构

1．3．2 聚吡咯导电原理

1．4 聚吡咯／聚氨酯复合材料制备方法

1．4．1 化学氧化法

1．4．2 电化学氧化法

1．4．3 模板法

1．5 聚吡咯／聚氨酯复合材料应用

1．6 聚吡咯／聚氨酯复合材料面临问题与未来展望

1．7 课题研究内容和意义

2 实验试剂、仪器及测试方法

2．1 实验原料及试剂

2．2 实验装置与仪器

2．3 PPy／STESO体积电阻率的测定

2．4 测试与表征

2．4．1 红外光谱(FT-IR)测定

2．4．2 核磁共振(1HNMR)

2．4．3 粒径的测定

2．4．4 透射电镜(TEM)测定

2．4．5 平均分子量(GPC)测定

2．4．6 界面张力测定

3 聚吡咯／异氰酸酯改性磺酸盐型有机硅导电材料制备及导电原理

3．1 磺酸盐型有机硅导电材料的合成

3．1．1 二异氰酸酯改性磺酸盐型有机硅(STESO)的合成

3．1．2 磺酸盐型有机硅(PPy／STESO)导电复合材料的合成

3．1．3 PPy／STESO的制备路线图

3．2 聚吡咯反应原理

3．2．1 聚吡咯化学结构

3．2．2 聚吡咯合成机理

3．2．3 聚吡咯导电机理

3．2．4 吡咯的提纯、保存

4 磺酸盐型有机硅(PPy／STESO)的结构表征分析

4．1 红外光谱表征与分析

4．2 1H-NMR对STESO表征

4．3 分子量分布(GPC)表征

4．4 乳液的粒径及分布分析

4．5 透射电镜(TEM)及粒子形成过程分析

4．6 界面张力值

4．7 乳液的流变分析

5 磺酸盐型有机硅(PPy／STESO)导电复合材料的导电性能研究

5．1 中间体对磺酸盐型有机硅(PPY／STESO)导电性能的影响

5．1．1 有机硅对PPy／STESO导电性能的影响

5．1．2 磺酸基对PPy／HESO导电性能的影响

5．1．3 TESO、COPESO和STESO对制备PPy／STESO复合材料导电性能的影响

5．2 单体用量对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．2．1 吡咯单体用量对PPy／STESO导电性能的影响

5．2．2 苯胺、吡咯单体用量分别对复合材料体积电阻率的影响

5．2．3 聚苯胺和聚吡咯反应速率对制备复合材料电性能的影响

5．3 加料顺序对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．4 氧化剂与单体用量比对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．4．1 FeCl3与Py用量比对PPy／STESO导电性能的影响

5．4．2 不同氧化剂对PPy／STESO导电性能的影响

5．5 掺杂剂与单体用量比对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．5．1 蒽醌-2-磺酸钠(AQS)与Py用量比对PPy／STESO导电性能的影响

5．5．2 不同掺杂剂对PPy／STESO电性能的影响

5．6 反应温度对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．7 反应时间对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．8 反应体系的pH对磺酸盐型PPy／STESO电性能的影响

5．9 搅拌速率对PPy／STESO复合材料导电性能影响

5．10 其他条件对PPy／STESO复合材料导电性能影响

6 结论

7 创新点

致谢

参考文献

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