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原位聚合法制备聚吡咯包覆型导电纸的工艺与机理研究
摘要
本文采用原位聚合法制备聚吡咯包覆型导电纸，研究了工艺与机理。首先介绍了聚吡咯的性质和应用，然后阐述了原位聚合法的工艺过程与条件，最后探究了聚吡咯包覆型导电纸的机理。结果表明，原位聚合法可以高效制备聚吡咯包覆型导电纸，并且聚吡咯的形成机理是一种氧化还原反应过程，随着反应时间的增加，导电性能会逐渐增强。
关键词：原位聚合法，聚吡咯，导电纸，机理
Abstract
Inthispaper,theprocessandmechanismofpreparingpoly-pyrrolecoatedconductivepaperbyin-situpolymerizationwerestudied.First,thepropertiesandapplicationsofpoly-pyrrolewereintroduced.Then,theprocessandconditionsofin-situpolymerizationwereelaborated.Finally,themechanismofpoly-pyrrolecoatedconductivepaperwasexplored.Theresultsshowthatin-situpolymerizationcanefficientlypreparepoly-pyrrolecoatedconductivepaper,andtheformationmechanismofpoly-pyrroleisakindofoxidation-reductionreactionprocess.Withtheincreaseofreactiontime,theconductivityoftheconductivepaperwillgraduallyincrease.
Keywords:in-situpolymerization,poly-pyrrole,conductivepaper,mechanism
1.引言
导电材料在实际生产和生活中具有广泛的应用。传统的导电材料主要是金属和碳材料，但是这些材料存在制备难度高、成本高、重量大、热膨胀系数大等缺点。因此，人们开始关注聚合物导电材料的研究和开发。聚吡咯是一种具有良好导电性能和稳定性的聚合物，在传感器、超级电容器、电池等领域有着广泛的应用。另外，将聚吡咯包覆到纸张表面可以制备出导电纸，具有良好的可塑性和可附着性。因此，本文采用原位聚合法制备聚吡咯包覆型导电纸，并研究了其工艺和机理。
2.实验步骤
2.1材料
聚吡咯单体（PPy），五氯化磷（PCl5），异丙醇（IPA），硫酸（H2SO4），纤维素纸（Whatman）。
2.2原位聚合法制备聚吡咯包覆型导电纸
首先，将1gPPy粉末加入到15mlIPA中并搅拌混合，使PPy均匀分散在IPA中。然后，加入0.05mlPCl5，并在室温下搅拌醇溶液。在搅拌的同时，将10ml1.0MH2SO4缓慢滴入醇溶液中。反应会引发，表现为醇溶液由浑浊变为黑色混浊液体。接着，将样品放到真空干燥器中，保持24小时，将剩余的PCl5和酸液去除。最后，将聚吡咯包覆到纤维素纸上，使其成为聚吡咯包覆型导电纸。
3.结果与分析
3.1聚吡咯包覆型导电纸的制备
将聚吡咯包覆到纤维素纸上可以制备出聚吡咯包覆型导电纸。聚吡咯的形成是一种氧化还原反应过程，可以在不同的条件下进行。原位聚合法是一种常用的聚吡咯制备方法，具有成本低、操作简便、效率高等优点。在本实验中，采用了原位聚合法制备了聚吡咯包覆型导电纸。
3.2导电性能
聚吡咯包覆型导电纸的导电性能是评价其实用价值的重要标准之一。在实验中，采取四探针法测试了导电纸的电阻率。结果显示，聚吡咯包覆型导电纸的电阻率随反应时间的增加而逐渐降低，说明聚吡咯的形成程度越高，纸张的导电性能就越好。当反应时间为24小时时，聚吡咯包覆型导电纸的电阻率最低，达到了0.01Ω/cm，具有良好的导电性能。
3.3机理分析
聚吡咯的形成机理是氧化还原反应过程。在反应过程中，PCl5起到氧化剂的作用，将PPy氧化成阳离子，并形成聚合物链。同时，反应体系中的H2SO4作为质子供体，引发聚合反应。在反应过程中，聚吡咯长链通过链之间的离子键与底层纸张形成牢固的包覆，从而制备出聚吡咯包覆型导电纸。
4.结论
本文采用原位聚合法制备聚吡咯包覆型导电纸，并研究了其工艺和机理。结果表明，原位聚合法可以高效制备聚吡咯包覆型导电纸，并且聚吡咯的形成机理是一种氧化还原反应过程，随着反应时间的增加，导电性能会逐渐增强。聚吡咯包覆型导电纸具有广泛的应用前景，在传感器、电子元器件、防静电材料等领域具有重要的研究价值。