聚吡咯的合成与性能研究

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以吡咯为单体,以FeCl3为氧化剂(控制其与吡咯单体的摩尔比为1:2),乙腈和水为混合溶剂,在O℃的合成温度下,通过化学氧化法合成了N系列的聚吡咯(记为N-PPy)。N-PPy的表征结果表明,产物为非结晶性聚合物,其微观形貌直接受乙腈与水的体积比(简称为腈水比)的影响,可控制为颗粒状或膜状产物。当腈水比在1:9到4:6范围内逐渐增大时,N-PPy的微观形貌呈颗粒状,且其粒径逐渐减小;当腈水比进一步增大到5:5到7:3的范围内时,N-PPy的微观形貌转为薄膜状。对此提出了基于胶束理论的N-PPy合成反应机制,分析指出N-PPy微观形貌及粒径的变化主要归因于乙腈浓度的改变引起反应体系中乙腈胶束的大小及结构发生相应的变化。对N-PPy产量及性能的研究结果表明,当反应溶剂从水变为腈水混合溶剂时,产物的产量与电导率均得到提升,但随着乙腈用量的进一步增大(即腈水比在1:9-7:3之间进一步增大),N-PPy白勺产量和电导率逐渐降低;N-PPy表现出较好的热稳定性,其热分解温度约为200℃。在N-PPy产物合成条件的基础上,提升反应体系中FeCl3与吡咯单体的摩尔比为1:1,合成出非晶的H系列PPy(记为H-PPy),对H-PPy产物的微观形貌、产量及电导率的研究结果同样表明它们直接受合成反应体系中的腈水比的影响,且表现出了与N-PPy相似的影响规律。但是,在相同腈水比条件下制备的H-PPy产物较N-PPy产物表现出更高的产量和更低的电导率,这主要是因为氧化剂的增加,会使PPy的过度氧化增加,不利于聚吡咯共轭链的形成,从而导致产物电导率的下降。在N-PPy产物合成条件的基础上,将其合成反应温度升高到25℃,制备出了半结晶的T系列PPy(记为T-PPy).对其研究表明,T-PPy的微观形貌均为颗粒状,且其粒径不受反应体系中腈水比的影响。这主要是因为T-PPy白勺合成温度过高,已破坏了反应体系中形成乙腈胶束的热力学条件,从而导致其合成反应不再受基于胶束理论的合成反应机制的影响。在整个腈水比研究体系中,T-PPy的产量都高于N-PPy的产量;当腈水比在0:10到3:7范围内时,T-PPy的电导率均低于N-PPy白勺电导率,但是当腈水比进一步增加到4:6时,其电导率反而高于N-PPy白勺电导率。在N-PPy产物合成条件的基础上,使用SDBS对PPy进行掺杂,聚合得到半结晶的S系列PPy(记为S-PPy)。对其研究表明,S-PPy产物的微观形貌直接受腈水比的影响,可通过调控腈水比来控制S-PPy产物的微观形貌为絮状、颗粒状、片状等形态。当腈水比在0:10到3:7范围内逐渐增大时,S-PPy的微观形貌变得更加的规整;当腈水比在3:7-5:5之间时,聚吡咯呈明显的颗粒状,且大小随着腈水比的增加而减小;当腈水比达到6:4时,产物中出现了片状结构,同时颗粒状S-PPy的粒径变大。与N-PPy的微观形貌对比发现,S-PPy具有明显不同的形貌变化规律,这表明SDBS的加入改变了腈水比对S-PPy微观形貌的影响规律。当腈水比在0:10到6:4范围内增大时,S-PPy的产量逐渐降低,与相同腈水比条件下的N-PPy相比,S-PPy具有更高的产量;当腈水比在0:10到2:8之间时,S-PPy的电导率随腈水比的增大而增大;当腈水比在2:8和6:4之间时,S-PPy的电导率随腈水比的增大而减小;与N-PPy的电导率对比可以发现,当腈水比在0:10-1:9之间时,S-PPy具有较低的电导率,但随着腈水比在1:9到6:4范围内进一步增大时,其电导率反而高于N-PPy的电导率
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