细菌纤维素/聚吡咯柔性导电复合膜材料的制备与表征

摘要

导电高分子具有特殊的结构及诱人的物理化学性能，在电极材料、传感器、金属防腐、电子器件、电磁屏蔽等领域有着广泛的应用前景。其中，聚吡咯(PPy)是研究最为广泛、最有应用前景的导电高分子之一，其具有制备条件温和、电导率高、无毒、成本低、稳定性好等优点。但由于其具有难溶解，不熔融，加工性能差，纯膜力学强度差等缺点，限制了聚吡咯的应用，理想的改善方法是制备聚吡咯复合材料。
　　 细菌纤维素(BC)是一种生物质纤维素。其精细的三维网络结构可以作为模板，大量活泼羟基作为反应活性位点，与其他高分子复合时，通过模板效应及羟基的引导作用控制合成具有特定形貌的纳米功能复合材料。同时细菌纤维素还具有优秀的力学性能及柔性，良好的成型性能，易于实现便捷制备及大规模生产。因此细菌纤维素可以作为一种优秀的基体材料与众多功能材料复合，获得综合性能优异的功能复合材料。
　　 本文以细菌纤维素为基体，通过原位化学氧化聚合的方法，制备了细菌纤维素/聚吡咯导电复合膜材料，并考察利用不同方法对细菌纤维素处理后，对复合材料导电性能的影响。并在此基础上，对细菌纤维素/聚吡咯导电复合膜材料进行表面疏水化处理，并对其性能进行了研究。具体工作如下:
　　 (1)对BC/PPy柔性导电复合膜材料的制备进行了初步探讨。研究了吡咯单体初始反应浓度、反应时间、氧化剂与单体摩尔比、掺杂剂等对复合膜导电性能的影响。结果表明，当吡咯初始反应浓度为0.07mol/L，反应时间为2h，氧化剂FeCl3与吡咯摩尔比为2.3∶1时，复合膜电导率可以达到0.16S/cm，在冰水浴(0℃)条件下可以达到0.27S/cm。加入掺杂剂十二烷基苯磺酸钠未能提高复合膜电导率。
　　 (2)分别用碱处理及2，2，6，6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)体系氧化的方法对细菌纤维素原膜进行处理，再与聚吡咯进行复合制备了细菌纤维素基导电复合膜，并研究了不同处理方法对复合膜导电性能的影响及其机理。结果表明，碱处理细菌纤维素有效提高了复合膜的电导率，在冰水浴条件下，复合膜的电导率可达2.45S/cm，较未处理细菌纤维素其导电复合膜提高了一个数量级。而TEMPO体系氧化细菌纤维素基导电复合膜的电导率没有明显变化。
　　 (3)在上述研究基础上，利用聚硅氧烷对细菌纤维素基导电复合材料进行表面疏水处理，获得具有优异疏水性能的导电复合膜。结果表明，随着吡咯单体初始反应浓度的增加，复合膜的表面粗糙度增加，其水接触角也增加，最大水接触可达到160.3°。电性能分析表明，聚硅氧烷表面处理复合膜对复合膜的电导率影响不大。同时，细菌纤维素基导电材料还具有一定的电磁屏蔽性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 导电高分子简介

1．2 聚吡咯简介

1．3 细菌纤维素概述

1．4 材料表面润湿性

1．5 本论文的研究目的及意义

1．6 本论文的研究内容

第二章 BC/PPy柔性导电复合材料的原位构筑

2．1 实验部分

2．2 实验结果与讨论

2．3 本章小结

第三章 碱处理与TEMPO氧化对BC/PPy复合膜性能的影响

3．1 碱处理细菌纤维素制备A-BC/PPy导电复合膜

3．2 TEMPO氧化细菌纤维素制备T-BC/PPy导电复合膜

3．3 本章小结

第四章 BC/PPy柔性导电复合膜材料的表面疏水处理

4．1 实验部分

4．2 实验结果与讨论

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请的专利

致谢