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(diǎn)。PEDOT在太陽(yáng)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(jiǎn)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(wèn)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(shí)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(duì)它們的合成與性能進(jìn)行了研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)對(duì)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(duì)EDOT聚合動(dòng)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(duì)甲苯磺酸鐵和雙氧水為氧化劑時(shí),聚合速率高于過(guò)硫酸銨為氧化劑氧化EDOT的聚合速率。對(duì)聚合物薄膜方塊電阻測(cè)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(jì)吸收測(cè)試證明聚合物PEDOT/PSS薄膜可見(jiàn)光透過(guò)率95％以上。原子力顯微鏡測(cè)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(duì)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(wàn)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(shí),薄膜方塊電阻為約8KΩ/□。循環(huán)伏安測(cè)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(duì)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(wàn)左右。丙烯酸酯類(lèi)的加入

6、對(duì)PEDOT水分散體粒徑?jīng)]有影響。以丙烯酸酯類(lèi)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(duì)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