聚(3,4-乙烯二氧噻吩)水分散體的合成和性能研究.pdf

1、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)是一種導(dǎo)電聚合物。它有著導(dǎo)電性高、化學(xué)穩(wěn)定性好,耐高溫,透光性能高等優(yōu)點。PEDOT在太陽能電池,透明導(dǎo)電薄膜方面有著很大的利用潛能和發(fā)展空間。本論文簡述了有機(jī)導(dǎo)電聚合物的發(fā)展和應(yīng)用,分析了聚(3,4-乙烯二氧噻吩)在應(yīng)用方面面臨的問題,從中確立本論文研究方向和內(nèi)容。本論文采用自由基聚合方式成功合成了聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)均聚物、PSS與丙烯酸酯共聚物、聚醚改性PSS。在此基礎(chǔ)上制備合成了均聚型

2、PEDOT、共聚型PEDOT、聚醚型PEDOT水分散體。同時制備了封端型非離子型水性聚氨酯改性的PEDOT和聚乙烯醇改性的PEDOT。對它們的合成與性能進(jìn)行了研究。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)對均聚型PEDOT水分散體的合成及性能研究。制備了聚乙烯基苯磺酸鈉均聚物,并以此為模板制備了PEDOT/PSS。采用氣相色譜法,對EDOT聚合動力學(xué)進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn):反應(yīng)溫度越高,聚合速率越快;氧化劑用量越多,EDOT單體聚合速率越快,轉(zhuǎn)

3、化率越高;Fe2(SO4)3與EDOT摩爾比應(yīng)2‰為反應(yīng)合適比值;以對甲苯磺酸鐵和雙氧水為氧化劑時,聚合速率高于過硫酸銨為氧化劑氧化EDOT的聚合速率。對聚合物薄膜方塊電阻測試發(fā)現(xiàn):反應(yīng)溫度越高,薄膜方塊電阻越大;氧化劑用量越多,薄膜方塊電阻越大;PSS用量大,薄膜方塊電阻越大;由單體與模板質(zhì)量比1:3制備的薄膜方塊電阻約為10KΩ/□。紫外分外分光光度計吸收測試證明聚合物PEDOT/PSS薄膜可見光透過率95％以上。原子力顯微鏡測試表

4、明,PEDOT相分散在PSS相中,PEDOT越多,形成的PEDOT顆粒越大且在膜表面凸出程度增大,顆粒接觸程度增大或緊密相連。
　　(2)以MPEG、IPDI、HPA、PSS為原料成功制備聚醚接枝PSS聚合物,并以此聚合物為模板制備了聚醚型PEDOT/PSS,對聚合物性能進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn):接枝PSS共聚物的數(shù)均分子量在12萬左右。其水分散體粒徑明顯大于均聚型PEDOT水分散體粒徑,粒徑值在3000nm左右。聚醚型PEDOT聚合物

5、薄膜方塊電阻小于相應(yīng)均聚型PEDOT聚合物薄膜方塊電阻,EDOT與模板質(zhì)量比1:3時,薄膜方塊電阻為約8KΩ/□。循環(huán)伏安測試表明聚醚型PEDOT聚合物電化學(xué)活性高于均聚型PEDOT。紫外吸收光譜分析表明聚醚鏈段的加入對聚合物薄膜透光性影響很小。
　　(3)以丙烯酸羥丙酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯與SSS反應(yīng)制備PSS共聚物,以其為模板制備了共聚型PEDOT/PSS。聚合物性能研究發(fā)現(xiàn),PSS共聚物分子量在12萬左右。丙烯酸酯類的加入

6、對PEDOT水分散體粒徑?jīng)]有影響。以丙烯酸酯類與SSS摩爾比1:(4~6)制備的PSS為模板的共聚型PEDOT薄膜,方塊電阻在30KΩ/□左右,聚合物薄膜透光率在90%以上,適合在作為透明導(dǎo)電涂層。
　　(4)采用封端型非離子型水性聚氨酯和聚乙烯醇制備了改性的PEDOT,對改性PEDOT進(jìn)行性能研究。封端型非離子型水性聚氨酯改性前后的PEDOT薄膜方塊電阻基本相同,高溫處理后吸水薄膜程度降低到7%~15%。水分散體粒徑明顯增大,分