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导电聚合物复合材料因其独特的电、光、磁等特性而具有广阔的应用前景,而传统的制备方法具有渗透性差、聚合时间长、材料结构不均一等缺点,同时产生大量含金属离子的(有机)废液。本论文依据超临界二氧化碳(SC-CO2)溶胀聚合原理,首次在SC-CO2环境下原位制备了导电聚吡咯(PPy)复合材料。选用具有环境友好特性的CO2作为聚合介质是本论文最大的特点,它克服了传统制备方法的环境污染问题。同时充分利用了SC-CO2的优异特性:对聚合物较强的溶胀作用和对单体较高的溶解性,在大大缩短聚合所需时间的同时,可得到宏观上结构均一的复合材料,从而进一步提高其导电性,降低材料的渗滤阈值。所以说,SC-CO2制备导电聚合物复合材料是一种新型、高效的“绿色”制备技术。
1.采用SC-CO2溶胀聚合法成功制备了PPy/CDa(二醋酸纤维素)等多种导电复合材料。由于CO2对基体聚合物较强的溶胀作用加速了单体在其中的吸收扩散过程,仅20分钟的聚合时间,PPy/CDa的电导率已达到3.6×10-3Scm-1,随时间延长,最高可达0.21Scm-1;6小时时可得到结构均一的复合膜,使材料从表面导电转化为体积导电,因而较传统制备方法电导率高出1-2个数量级;
2.在PPy/Zn-SPS(磺化聚苯乙烯锌盐)中,极性SO3-赋予材料第二掺杂结构以及较高的掺杂度和低分子缺陷,因而电导率高于PPy/PS3-4个数量级,同时获得了极低的渗滤阈值,3.2%,远低于经典模型的理论预测值16%;
3.SC-CO2对基体的溶胀和Py单体借助于CO2溶剂在基体中的吸收、扩散是本论文的理论基础,通过对SC-CO2及吡咯单体在基体中吸收过程的研究,发现复合材料中PPy的含量及导电性随聚合压力的升高而升高,而温度的升高对复合膜的形态、电导率等性能产生负面影响;
4.共溶剂甲醇的加入会提高Py单体在CO2和基体中的溶解性,缩短达到平衡吸收的所需时间,进而提高了PPy的含量及电导率。