纳米级聚吡咯在聚乙烯吡咯烷酮乳液中的分散聚合.docx

聚吡咯纳米粒子在聚乙烯吡咯烷酮乳液中的制备与分散
Hak-Young Wooa, Woo-Gwang Junga, Dae-Woo Ihmb, Jin-Yeol Kima,∗
a韩国国民大学高级材料学院;大韩民国首尔市城北区贞陵洞861-1号邮编136-702
b 韩国湖西大学化工部;大韩民国牙山地区邮编336-795
摘要
大量导电性聚吡咯(PPy)单分散粒子可在FeCl3存在条件下,以有机溶剂为分散介质,在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中发生乳液聚合。当PVP的分子量达到370万时,大多数的PPY便以覆有PVP膜层的球状粒子形式存在,这些粒子的大小从30到60nm不等,分布较为狭窄。分散粒子粒径大小随PVP分子量的增加而减少:当PVP的分子量从4万增加到360万,粒子的粒径范围随之从90-110nm减少到60-80nm。这些PPY粒子易分散于水、甲醇、丁醇、和异丙醇等溶剂中,同时这些溶剂能与高分子有机胶粘剂混合,浇铸成膜。球状PPY粒子的电导率为10–15 S/cm。
关键词:聚吡咯,纳米粒子,聚乙烯吡咯烷酮,乳液聚合
1. 简介
聚吡咯(PPy)是一种由五元杂环聚合而成的一种导电性高分子,这种材料因其优良的导电性能和出色的环境稳定性而备受关注。近年来,已有大量研究指向纳米级PPy材料的合成与表征:具有纳米结构的材料被认为在光电子设备、充电电池和电容的电极、电磁屏蔽材料[1–4], 传感器[5,6], 微致动器[7], 防静电涂料, 电致变色窗户和显示器以及封装等领域具有重要作用,因为这些领域都要求高聚物具有良好的导电性和可加工性,同时,高聚物能分散于水、甲醇、丁醇、和异丙醇等溶剂中并能与强的绝缘高分子材料混合,使其具有高的机械强度且易加工为电导共聚物[8,9]。在这一混合过程中,导电性是通过浸透于附着在高聚物基体上的分散导电聚合物相以及通过旋涂或成膜而获得的。一旦膜分解温度超过基体高聚物熔融温度,熔融共混就不可能发生。
许多科研小组的报告表明,为了提高这些材料的可加工性,必须制备稳定的分散PPY胶体[10,13]。通常,这种分散操作是在以水溶性高分子(如PVP可以作为空间稳定剂)为介质的溶液中进行[10,13]。这些PPY粒子相对单分散,且其粒径大小主要取决于稳定剂的类型[14]。在其他报告中Xie等研究了单分散银粒子在PVP包裹下的合成[10]。具有纳米结构的银合成同样见诸于Tsuji 等的论文中[11].他们发现纳米结构Ag的形状和大小可以通过改变PVP的链长来控制。也有报告称PVP对聚苯胺和聚吡咯的分散能起到有效的稳定作用[12–15]。
本文将以PVP乳液为有机溶剂,讨论单分散PPY粒子的合成方法。我们特别研究了PVP链长变化的影响。
2. 实验
将聚乙烯吡咯烷酮(购于:美国国际特品公司;分子量3,700,000, Aldrich公司;分子量分别为1,300,000, 360,000, 和40,000)溶于水中,置于室温中一段时间。于质量分数为1%,控制溶解温度在0到20℃之间。。。聚合过程需要搅拌,聚合完全的时间接近10小时。聚合完成后,混合溶液通过洗选净化,用四氢呋喃