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聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)具有较高的导电能力、良好的环境稳定性以及优异的光学透过性,经过聚苯乙烯磺酸(PSS)掺杂的PEDOT/PSS复合物可以稳定地分散在水中,同时具有良好的加工性能,因此其在抗静电领域拥有广阔的应用前景。本论文使用化学氧化聚合法成功制备PEDOT/PSS分散液,研究了不同反应条件对产物电导率的影响,并将产物应用到抗静电涂料中;进一步通过共聚的方法向PEDOT聚合物分子链中引入羟基基团,提高了抗静电涂层的耐水性。研究工作主要包括以下几部分:
1.研究了PSS、氧化剂Na2S2O8和催化剂Fe2(SO4)3加入量等反应条件对PEDOT/PSS电导率的影响。通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、扫描电子显微镜(SEM)等测试,发现随着PSS加入量的增加,产物PEDOT/PSS中PEDOT掺杂度提高、PSS含量增加、成膜性提高,电导率呈现先增加后降低的趋势;类似地,随着Na2S2O8和Fe2(SO4)3的增加,PEDOT/PSS电导率也呈现先增加后降低的趋势。当n(PSS)∶n(EDOT)=2:1、n(Na2S2O8)∶n(EDOT)=1.1:1及n(Fe2(SO4)3)∶n(EDOT)=1:1时,产物电导率达到最高值191S/cm。随后,将PEDOT/PSS分散液应用到抗静电涂料中,得到性能非常优异的抗静电涂层,其表面电阻可以达到105Ω/sq,耐水性和耐乙醇性均较好。
2.在PSS水溶液中,利用化学氧化聚合法,共聚3,4-二氧乙基噻吩(EDOT)单体与3-噻吩乙醇乙酸酯(3AcET)单体,再通过水解反应将产物中的酯基水解成为羟基,成功实现向PEDOT/PSS中引入羟基基团的目的,FTIR证明了产物主要成分为P(EDOT-3TE)/PSS共聚物。研究了不同n(EDOT)∶n(3AcET)共聚摩尔比对产物抗静电涂层性能的影响,发现随着3AcET含量的增加,抗静电涂层耐水性显著提高。当n(EDOT)∶n(3AcET)=1:1、m(P(EDOT-3TE)/PSS)∶m(固化剂)=4:1时,在不加入任何树脂的条件下所得的抗静电涂层表面电阻为106Ω/sq,去离子水浸泡15分钟后,表面电阻变化小,吸光度下降少,说明涂层具有较好的耐水性和抗静电性能,为抗静电涂料的研发提供了新的思路。
3.在有机溶剂乙腈中,化学氧化聚合EDOT单体和3AcET单体,再通过水解反应将产物中的酯基转变为羟基。FTIR表征结果证明产物是P(EDOT-3TE)共聚物。对产物的电导率、电化学等方面性能进行测试,发现P(EDOT-3TE)的电导率为4.1×10-4S/cm,具有较好的电化学性能,在生物传感器等领域有一定的应用前景。