醌胺聚合物的合成及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、醌胺聚合物(PAQ)是一類新型功能高分子材料.本文在總結(jié)了國內(nèi)外PAQ的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,對PAQ的溶液聚合法和微波固相合成法及其電化學(xué)性能進行了研究.應(yīng)用溶液聚合法由對苯醌與鄰苯二胺、對苯二胺、聯(lián)苯胺和己二胺反應(yīng),合成了四種不同結(jié)構(gòu)的PAQ.采用單因素實驗和正交實驗的方法,考察了原料配比、氧化劑用量、溶劑用量、反應(yīng)溫度和時間對聚合轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物特性粘度的影響,獲得了優(yōu)化的反應(yīng)條件.如對苯醌與對苯二胺反應(yīng)的最佳條件為:對苯醌:對

2、苯二胺=3:1(mol),氧化劑FeCl<,3>用量為3 mol/mol對苯二胺,四氫呋喃溶劑用量為12 mL/0.01mol原料,反應(yīng)溫度70℃,反應(yīng)時間3h.在此條件下,轉(zhuǎn)化率達到99.3﹪.為改善溶液聚合法工藝復(fù)雜、成本較高等問題,采用微波輻射的方法進行醌胺固相聚合,研究了微波照射的功率、時間和方式對反應(yīng)的影響,探討了聚合反應(yīng)和微波作用的機理.實驗結(jié)果表明,對苯醌與對苯二胺進行微波聚合的最佳條件為:對苯醌:對苯二胺=1:1(mol

3、),無氧化劑,490 W功率的微波間歇照射共30 min,間隔時間5 min;在此條件下的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為82.7﹪.微波固相聚合工藝可以加快反應(yīng)速度,省去溶劑和氧化劑,并且后處理簡單,為PAQ的合成提供了一條簡潔、高效、節(jié)能的新途徑.對聚合產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)采用紅外、紫外光譜等手段進行表征,還測試了PAQ的溶解性,用熱重和差熱分析研究了PAQ的熱穩(wěn)定性,并用電子自旋共振波譜測試其電荷轉(zhuǎn)移性能.采用循環(huán)伏安法、單電極恒流放電和電池恒流充放電等測試手

4、段,研究了對苯醌-對苯二胺聚合產(chǎn)物的電化學(xué)性能.結(jié)果表明,循環(huán)伏安曲線上出現(xiàn)對稱的氧化還原峰,在相同的測試條件下,微波法產(chǎn)物相對于溶液法產(chǎn)物電化學(xué)活性更強,接受電荷的容量更大,循環(huán)穩(wěn)定性和產(chǎn)品性能的重現(xiàn)性也更好.這表明微波固相法合成的產(chǎn)物在電化學(xué)性能方面優(yōu)于溶液聚合法的產(chǎn)物.對苯醌-對苯二胺聚合物與金屬鋰組裝成的模擬電池的恒流充放電效率最高達92.7﹪,比容量約為41 mA·h·g<'-1>,比能量約為98 mW·h·g<'-1>.因此