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在非導電聚合物中加入導電聚合物(摻雜的共軛聚合物)可以改善其導電性。如下所示的共軛聚合物一般不具有導電性(如半導體),但與酸混合后會具有1S/cm的導電性,如無機酸(鹽酸、硫酸)、碘或有機酸(如十二烷基苯磺酸)。

使用陰離子表面活性劑(如十二烷基苯磺酸)作為共軛聚合物的摻雜劑,有研究者研究聚苯胺-十二烷基苯磺酸共混物,研究發現,有機酸摻雜聚苯胺屬于熱塑性材料,添加熱塑性塑料進行熔融加工可以獲得熔體共混物,而不是顆粒填充的熱塑性復合材料。聚苯胺-DBSA混合物在傳統聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯)中進行共混,混合物的導電率可低至1%。混合物的結構形態為相互連接的線性網狀結構,而不是預期的分散顆粒結構,因此滲透率較低。熔融共混物(ABS、PC、PSF、PE)添加聚苯胺-十二烷基苯磺酸后可以觀察到相似的實驗結果。乳液共混物添加聚苯胺-十二烷基苯磺酸后也具有較低(0.5%)的導電率,主要原因是聚苯胺-十二烷基苯磺酸在粒子界面集中,形成了乳液固有膜而形成了滲透網狀結構。該特性下圖所示,與導電聚合物顆粒的混合形成了對比。將導電炭黑加入聚醋酸乙烯乳液可以獲得相同的結果,其體積滲透率為2.5%。本文闡述聚苯胺共混物與有機聚合物的制備及其特性,并探討其力學性能、熱穩定性、導電性及加工性能。聚苯胺的制備方法是在聚合物基體、溶液或熔融共混物中采用原位化學法或電化學法聚合。

炭黑改性的水性聚酯型聚氨酯和水性聚氨酯聚醚的導電滲透率低至炭黑的0.2%。加入炭黑后導電率發生變化,拉伸強度大幅度提高。在不相容的聚合共混物熔體中加入導電炭黑,其導電滲透率也較低,主要原因是炭黑在聚合物的兩相界面處聚集。共混物的組分為中等濃度時,其相態界面的連續網狀結構上圖所示。
導電聚合物的另一個應用領域是將聚合摻雜物與共軛聚合物混合,該方法可以獲得有效的催化劑,使薄膜產生良好的導電性。帶強酸基團的聚合物(如聚苯乙烯磺酸)可以產生良好的成膜特性及導電性,如PEDOT:PSS,聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)與聚苯乙烯磺酸(PSS)共混,應用于抗靜電涂層、電容器、空穴注入/空穴傳輸層發光二級管(LED)設備。

PSS存在時,聚乙烯二氧噻吩在水中進行聚合反應可以產生穩定的水分散,分散后可以形成均勻透明的,具有多種用途的導電薄膜。添加高沸點溶劑(如甲基吡咯烷酮)后,PEDOT:PSS薄膜的導電性可以提高一個數量級,可用于柔性透明導電電極的觸摸面板和光電顯示屏。在電導率為10-2S/cm的條件下,在水媒介中使聚苯胺、聚2-乙基苯胺、聚鄰氨基苯乙醚混合物發生原位聚合反應制備PSS,在高溫條件下將含羥酸聚合物與聚苯胺結合產生交聯網狀結構體系。在均苯四甲酸二酐/氧化二苯胺與聚苯胺共混物合成過程中,聚酰亞胺前驅體聚酰胺酸中可以觀察上述結論。
- TPV/TPE業務助理
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