聚吡咯
日期：2018-11-13 09:56
聚吡咯分子结构图
1、简介
聚吡咯与其他异电聚合物相同，具有良好的导电性、化学稳定性和耐低温特性,采用电化学或化学氧化法合成制备比较简单易行。但聚吡咯的力学性能不好,为了改善其力学性能和进一步提高其导电性能,在对聚吡咯进行掺杂阳离子溶液聚合或氧化聚合研究的同时,还通过添加通用聚己内酰胺纤维或聚酯纤维、三氯化铁、纳米粉体等方法,使聚吡咯制品力学性能得到改善,导电性能进一步提高,更接近实用化。导电聚合物是功能高分子材料领域中较为引人注目的研究对象。自Diaz首次用电化学法制备出导电聚吡咯薄膜以来,已合成了一系列导电的杂环和芳环聚合物。由于电化学或化学氧化法合成聚吡咯具有制备简便、稳定性好、导电性能高等优点,近年来人们对聚吡咯的研究较多。在掺杂阳离子的溶剂聚合或氧化聚合中,由于掺杂剂、溶剂及氧化剂对聚吡咯膜的导电性能影响很大,水溶液电聚合法近来引起人们注意。通过电化学法,在两种不同支持电解质的水溶液中合成了导电聚吡咯薄膜,具有纯度高、导电性能好和一次成膜等特性。
2.薄膜性能特征
①复合膜的界面结构。经过吡咯原位电化学聚合,聚合物电解质膜有两层结构;其中亮色区域为聚吡咯层,暗色区域为聚合物固体电解质层。这是因为聚吡咯层电子导电性好,接收电子能力强,从而颜色较亮。在聚吡咯层和聚合物固体电解质层界面处的微观结构中,颜色较亮的枝状聚吡咯穿插到颗粒状的聚合物固体电解质中,说明复合膜中聚吡咯层和固体电解质层在界面处形成了相互穿插渗透的固/固密接界面结构,显然这种结构有利于二者界面电化学掺杂、脱掺杂反应的进行,能改善界面电化学性能。
②聚吡咯单层膜及复合膜(吸波材料-欧文新材料)的循环伏安行为。聚吡咯单层膜在聚合物固体电解质中的循环伏安曲线在扫描速率较小(10mV/s)时,显示出电活性物质的特征。聚吡咯复合膜在聚合物固体电解质中的循环伏安曲线在扫描速率为100mV/s时,出现了明显的氧化还原峰,表面体系中发生了快速可逆的电化学掺杂、脱掺杂反应。
③聚毗咯单层膜及复合膜的交流阻抗响应,交流阻抗法是研究作为电极的杂环导电聚合物的氧化还原反应过程的必备手段。当用单层聚吡咯膜代替不锈钢作电极时,没有相应的界面电化学掺杂、脱掺杂反应特征出现,体系仍表现为受扩散控制。这是因为单层聚吡咯膜和聚合物固体电解质间的固/固机械接触界面不能使吡咯进行有效的电化学掺杂、脱掺杂反应,整个体系仍受聚合物固体电解质中离子的传递与扩散控制。当用聚吡咯复合膜作电极时,在低频阶段出现了相应的界面电化学反应特征,表明体系中电极和电解质界面间发生了快速可逆的电化学掺杂、脱掺杂反应。这是因为复合膜中聚吡咯和聚合物固体电解质间形成了相互穿插渗透固/固密接界面结构,这种界面结构有利于电化学掺杂、脱掺杂反应中离子和电子传递,提高了界面电化学反应速度,电化学反应速度大于聚合物固体电解质中离子的传递速度,体系受界面电化学掺杂、脱掺杂反应控制;从而在交流阻抗谱上表现出界面电化学反应特征。
3.聚吡咯导电纤维
①导电复合纤维聚吡咯PA6及聚吡咯/PET的电导率。随氧化剂浓度的提高,溶液中的离子数目也相应增加,Fe3+的PY值也大,加快了初始反应速率,使反应生成聚吡咯的聚合度加大,提高了掺杂度。同时,氧化剂温度的提高,使纤维的溶胀状态较好,有利于掺杂离子的渗透,从而提高了电导率。
②FeCl3·6H2O溶液的浓度及温度对导电复合纤维力学性能的影响。随FeCl3浓度的增加，聚吡咯导电复合纤维的拉伸强度下降，这是由于FeCl3浓度增加，复合在PA-6帘子线及PET纤维表层的聚吡咯越多，对纤维的规整性及结晶性的破坏越厉害。另外，连续气相聚合反应的干燥温度均在100℃以上，在机械卷绕装置的带动下，浸过FeCl3水溶液的纤维内部含有Fe3+和Cl-，在通过干燥管时，类似于经过拉伸作用，使得导电负荷纤维发生形变并断裂，导致其强度及模量都下降。
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