導電復合水凝膠的制備與性能研究.pdf

1、電導性水凝膠是一種將具有電活性的聚合物與交聯(lián)的水凝膠結合在一起的導電復合材料，在電容器、傳感器、調制器等方面有潛在應用。在通過共聚、交聯(lián)或接枝等方法合成最終復合材料時，兩組分起到協(xié)調作用。但由于多方面因素的作用，合成的方法和條件對最終復合材料的微觀結構、整體形貌及性能有巨大的影響，所以在合成方法和條件上需要多方面進行控制。綜合以往導電水凝膠的制備與相關性能的研究，本文采用輻照交聯(lián)聚合和后接枝聚合相結合的方法，制備出聚丙烯酰胺-g-聚苯胺

2、的導電復合水凝膠;利用環(huán)糊精與F127的線穿作用，以制備氧化石墨烯/F127的超分子導電水凝膠。具體研究內容和結果如下:
　　1.通過兩步法制備出具有良好力學強度又具有優(yōu)良導電性能的聚丙烯酰胺-g-聚苯胺(P(Am-co-APAM)-g-P ANI)導電復合水凝膠。首先，為接枝聚苯胺提供側基，合成出單體N-(4-氨苯基)丙烯酰胺，再與丙烯酰胺單體配成單體的混合溶液，在β-射線輻照下共聚、交聯(lián)形成聚丙烯酰胺水凝膠，其儲能模量G'在1

3、04 Pa的數(shù)量級，斷裂應力高達2.8×104 Pa，斷裂應變達550％;然后，苯胺在具有微觀多孔結構的聚丙烯酰胺凝膠中吸附，在過硫酸銨的作用下與凝膠的苯胺側基發(fā)生接枝聚合，得到聚丙烯酰胺-g-聚苯胺水凝膠。為探究實驗條件對凝膠反應程度的影響，在實驗中分別改變輻照時間和輻照劑量率，結果表明所獲得的聚丙烯酰胺水凝膠的凝膠分數(shù)隨著輻照劑量的增加逐漸增大，而凝膠溶脹率隨著輻照劑量的增加呈先增后減的趨勢，表明凝膠的交聯(lián)程度隨輻照劑量呈規(guī)律性變化

4、;另外，確定輻照交聯(lián)聚合的單體濃度對凝膠的性能，如溶脹率、微觀結構和機械性能等的影響。酸摻雜后，聚丙烯酰胺-g-聚苯胺復合凝膠的電導率高達9.3 S/m，導電性能突出，因此，此復合水凝膠在電化學開關設備等方面具有潛在應用。
　　2.利用環(huán)糊精與PEO鏈段之間的線穿作用，使改性后表面帶有β-環(huán)糊精的氧化石墨烯與Pluronic F127復合形成氧化石墨烯超分子導電水凝膠。一方面，按照改進的Hummers方法將700目的石墨轉變成氧化

5、石墨烯(GO)，再將氧化石墨烯用丙炔醇進行官能團改性，使氧化石墨烯表面帶有的羧基轉變成為酯炔基;另一方面，利用對甲苯磺酰氯(TsCl)與β-環(huán)糊精上羥基的反應，使β-環(huán)糊精甲苯磺?；ㄟ^疊氮鈉(NaN3)對甲苯磺?；娜〈磻功?環(huán)糊精疊氮化。隨后，將帶有炔基的GO與帶有疊氮基團的β-環(huán)糊精進行click反應，使氧化石墨烯表面帶有β-環(huán)糊精。將環(huán)糊精化的氧化石墨烯水溶液與F127水溶液混合，使F127中PEO鏈段穿入到環(huán)糊精空腔中