聚苯胺/磺化SEBS复合材料的制备及介电性能研究

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随着电子、电气行业的迅速发展,需要高介电常数的材料来满足电子元件的功能化与小型化的要求。传统的钛酸盐型陶瓷材料具有高的介电常数和高的压电系数,但是陶瓷材料一般需要较高的加工温度并且机械性能较差。聚合物材料具有良好的加工性能,具有较高的击穿场强,但是介电常数较低。因此选择合适的填充材料与聚合物复合已成为制备高性能介电复合材料的发展趋势。陶瓷/聚合物介电复合材料结合了陶瓷的高介电常数以及聚合物的易加工性,因此这个领域的研究较多,但是由于陶瓷在聚合物中分散性差,容易团聚,往往掺杂量很大时介电常数却仍低于100。这么高的掺杂量也影响到了复合材料的机械性能。  近些年,以聚苯胺(PANI)为导电填充材料的介电复合材料得到了很大的发展。与其他填料相比PANI具有结构多样化、电导率高、掺杂机制独特、物理性能优异、环境稳定性良好,且原料廉价易得、合成方法简便等优点,得到了很多研究者的青睐。但是,聚苯胺分子结构中存在大量的苯式跟醌式刚性结构,使聚苯胺本身难溶难熔,与其他聚合物复合时分散性差,极大地限制了它的应用。因此解决聚苯胺在聚合物基体中的分散性问题具有重要的理论跟实际应用价值。  目前在复合体系的制备工艺方面主要有机械共混法,溶液共混法以及原位聚合法。相比于前两种方法原位聚合法效果最好,但是由于聚苯胺一般在水相中合成,而聚合物基底通常溶解在有机溶剂中,因此需要加入乳化剂来帮助聚苯胺在复合物中分散。合成的聚苯胺颗粒大小受到胶束大小的影响,而且在破乳过程中往往会使得原本分散均匀的聚苯胺发生团聚,影响复合材料的性能。  本论文在前人研究的基础上,真正实现了聚苯胺在聚合物基体中的原位合成。我们通过“预混法”制备了不同磺化度的磺化聚苯乙烯-氢化聚丁二烯-聚苯乙烯(S-SEBS),以其作为聚合物基体,在四氢呋喃(THF)溶液中以苯胺(An)为单体,2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-对苯醌(DDQ)为氧化剂,高氯酸(HClO4)为掺杂酸,原位合成了聚苯胺/S-SEBS复合材料。这种合成方法实现了聚苯胺与SEBS分子层面的相容。电镜结果显示,制备的复合材料中PANI分散非常均匀,由于Maxwell-Wagner界面极化效应,该复合材料具有很高的介电常数。实验数据显示,聚苯胺体积分数一定时,聚苯胺/S-SEBS复合材料中S-SEBS的磺化度越高,介电常数也越大。研究表明,高磺化度的SEBS与PANI有更好的相容性,能够降低介电损耗。在室温下,1000Hz时磺化度为15%的S-SEBS中,PANI体积分数为3.2%时,介电常数为1026,介电损耗角为0.58,PANI体积分数为19.2%时,介电常数为2.2×105,介电损耗角为2.2。与传统的原位合成法制备的复合材料相比,这种方法具有更高的介电常数和更低的介电损耗,主要是因为PANI在复合材料中的分散更为均匀。
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