【2017年整理】导电聚苯胺论文.docVIP

导电聚苯胺高分子聚合物在抗静电腈纶中的应用 葛 雅 婕 摘要：介绍了导电高分子材料的概念、分类、导电机理及其应用领域。介绍了通过不同的改性方法使导电聚苯胺的某一功能得到加强，从而拓宽其应用范围。阐述了以过硫酸铵为氧化剂，苯胺在聚丙烯腈纤维表面的原位聚合反应制备聚苯胺／聚丙烯腈导电复合材料的最佳工艺条件。 关键词：导电高分子 导电机理 结构型导电高分子、复合型导电材料 聚苯胺 聚丙烯腈 溶解性 原液共混 凝胶湿丝束扩散 原位聚合 前言 1976年美国第一次发现掺杂聚乙炔具有类似金属的导电性，此后人们对导电高分子的研究产生了浓厚的兴趣，对共轭聚合物的结构和认识不断深入和提高，并诞生了一个新型交叉学科—导电高分子，随后的研究中又先后研制出了聚吡咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚噻吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子。导电高分子特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学的研究热点，作为不可替代的新兴基础有机功能材料之一，导电高分子材料在许多领域有着广泛的应用前景。在众多共轭导电高分子材料中，聚苯胺具有原料价低易得，独特的掺杂性、良好的电化学性能、较高的电导率、良好的稳定性，合成方法简便等特点，因此得到了广泛的应用。在抗静电腈纶的开发过程中，采用结构型导电聚苯胺高分子与聚丙烯腈通过共混、扩散或原位聚合方法制成聚丙烯腈/聚苯胺导电复合材料，经湿法纺丝生产出抗静电腈纶。 1 导电高分子的结构特征及导电机理 按结构和制备方法不同将导电高分子材料分为复合型与结构型两大类。 1.1 结构型导电聚合物及其制备方法 结构型导电聚合物是指高分子聚合物本身或经少量掺杂后具有导电性的高分子物质，一般用电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子给体或受体进行掺杂后制得。从导电时载流子的种类来看，结构型导电高分子聚合物又被分为离子型和电子型两类。离子型导电高分子通常又叫高分子固体电解质,简称SPE，其导电时的载流子主要是离子。电子型导电高分子指的是以共轭高分子为主体的导电高分子材料，导电的载流子是电子或空穴。这类材料是目前世界导电高分子材料研究开发的重点。 聚苯胺因导电性能优良，原料价格低廉，是目前结构型导电高聚物研究的新热点。 1.2 复合型导电高聚物及其制备方法 复合型导电高聚物是以高分子材料为基体，加入一定数量的导电物质(如碳黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。该类聚合物兼有高分子材料的加工特性和金属的导电性。复合型导电高分子所采用的复合方法主要有两种：一种是将亲水性聚合物或结构型导电高分子与基体高分子进行共混，另一种则是将各种导电填料填充到基体高分子中。 日本Asahi公司将丙烯腈一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(ABS)制得高性能抗静电复合材料Adi—onA。将结构型导电高分子材料与基体高分子在一定条件下共混成型，可获得具有多相结构特征的复合型导电高分子。它的导电性能由导电高分子的“渗流途径”决定，当导电高分子质量分数为2～3% 时，其体积电阻率为1O7～1O9Ω·cm，可作抗静电材料使用。 2 高聚物导电机理 2.1 结构型导电聚合物导电机理 物质的导电过程是载流子在电场作用下定向移动的过程。高分子聚合物导电必须具备两个条件：一是要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离子等)；二是大分子链内和链间要能够形成导电通道。在离子型导电高分子材料中，大分子链呈螺旋体空间结构，与其配位络合的阳离子在大分子链段运动作用下，就能够在螺旋孔道内通过空位迁移；或被大分子“溶剂化”了的阴阳离子同时在大分子链的空隙间跃迁扩散。对于电子型导电高分子材料，作为主体的高分子聚合物大多为共轭体系(至少是不饱和键体系)，长链中的兀键电子较为活泼，特别是与掺杂剂形成电荷转移络合物后，容易从轨道上逃逸出来形成自由电子。大分子链内与链间兀电子轨道重叠交盖所形成的导电能带为载流子的转移和跃迁提供了通道。在外加能量和大分子链振动的推动下，便可传导电流。 2.2 复合型导电高聚物导电机理 复合型导电高分子材料的导电机理比较复杂。一般可分为导电回路如何形成以及回路形成后如何导电两个方面。实验研究结果表明，复合体系中导电填料的含量增加到某一临界含量时，体系的电阻率急剧降低，电阻率一导电填料含量曲线上出现一个狭窄的突变区域，在此区域中，导电填料含量的任何细微变化均会导致电阻率的显著改变，这种现象通常称为“渗滤”现象，在突变区域之后，体系电阻率随导电填料含量的变化又恢复平缓。Miyasaka等认为高分子基体与导电填料之间的界面效应对复合体系中导电回路的形成具有很大的影响。在复合型导电高分子材料的制备过程中，导电填料粒子的自由表面变成湿润的界面，形成聚合物一填料界面层，体系产生的界面能过剩，随着导电填料含量的增加，聚合物一填料的过剩界面能不断增大。当体系过剩界面能达到一个与聚合物种类