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吡咯衍生物与聚吡咯薄膜的制备及其应用研究

作　者: 黄茹
导　师: 蔡雪刁
学　校: 陕西师范大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 化学氧化聚合 聚(3-烷基)吡咯 N-烷基吡咯 湿度传感器 金属防腐
分类号: O633.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


在导电高分子中,聚吡咯,因其具有高分子材料特有的柔韧性,以及可逆的电化学氧化还原性,使其在传感器、电容器、金属防护、电磁屏蔽等领域应用广泛,因此一直是近些年的研究热点。由于无取代的聚吡咯的不溶不熔性,给聚吡咯加工工艺带来了极大的困难,同时也极大地限制了聚吡咯的应用和发展,因此改善其溶解性具有重要的意义。为改善聚毗咯的溶解性,本论文采用化学修饰的方法分别在吡咯环的1-位或3-位引入长链烷基取代基,合成取代型吡咯单体。3-位取代吡咯单体经化学氧化聚合得到可溶聚毗咯衍生物,该可溶聚吡咯应用于湿度传感器研究。1-位取代吡咯单体经自组装技术化学吸附于金属基底表面,后与吡咯经表面化学聚合得到聚吡咯薄膜,该薄膜应用于金属表面防腐研究。具体内容如下：(1)在毗咯环上N原子保护的情况下,成功地在毗咯环上的3-位引入了带有磷酸基团的烷基取代基,制备了含有磷酸基团的不同链长的3-烷基吡咯。然后,以FeCl3为氧化剂,甲醇为溶剂,采用化学氧化聚合的方法,将3-烷基吡咯聚合,制备了可溶性的黑色粉末取代聚吡咯。并通过FT-IR、SEC、TGA、UV等手段对聚合物的性能进行了表征。该可溶性聚吡咯经过旋涂于ITO表面得到聚毗咯薄膜,研究该聚毗咯薄膜对环境湿度的敏感性。通过电流电压曲线测试表明侧链取代基的长度对传感器的灵敏性有一定的影响,取代基越短(侧链取代基碳原子数为6),传感器灵敏性越好。由于取代基上磷酸基团的影响,由这种取代聚吡咯制备的传感器,在高湿度环境下显示为电阻型传感器,在低湿度下显示为电容型传感器。(2)通过三步反应,成功的在吡咯环上的1-位引入带有硅烷基团的取代基,制备了含有硅烷基团的不同链长的1-取代硅烷吡咯单体。通过自组装技术将1-取代硅烷吡咯化学键合于金属表面,得到吡咯单分子层。单分子层表面的吡咯基团可与吡咯单体通过表面化学聚合的方法制备聚吡咯膜。通过SEC、UV、拉曼光谱等手段对聚吡咯薄膜进行了表征。通过牢固性实验测试,表明聚吡咯膜牢固吸附于金属表面,对金属有一定的防腐作用。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 前言  8-22
  1.1 引言  8
  1.2 导电高分子  8-10
    1.2.1 导电高分子的分类  8-9
    1.2.2 导电高分子的结构特征  9
    1.2.3 导电高分子的应用前景  9-10
  1.3 聚吡咯  10-19
    1.3.1 聚吡咯的结构及导电机理  10-11
    1.3.2 聚吡咯的掺杂机理  11-13
    1.3.3 聚吡咯的制备  13-14
    1.3.4 聚吡咯的改性  14-16
    1.3.5 聚吡咯薄膜的制备  16-17
    1.3.6 聚吡咯的应用  17-19
  1.4 本论文选题的目的和意义  19-22
第2章 聚(3-烷基)磷酸吡咯合成、表征及应用  22-44
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验部分  23-34
    2.2.1 试剂与仪器  23-24
    2.2.2 聚(3-烷基)磷酸吡咯聚的制备  24-25
    2.2.3 1-磺酸基-3-(6-溴酰基)吡咯的制备  25-27
    2.2.4 1-磺酸基-3-(6-溴己基)吡咯的制备  27-30
    2.2.5 3-(6-己基磷酸二乙酯)吡咯的制备  30-32
    2.2.6 3-(6-己基磷酸)吡咯的制备  32-34
  2.3 聚吡咯及其衍生物的制备  34-35
    2.3.1 聚吡咯的制备  34
    2.3.2 3-取代聚吡咯衍生物的制备  34-35
  2.4 结果与讨论  35-38
    2.4.1 傅里叶红外光谱分析  35-36
    2.4.2 热稳定性分析  36-38
    2.4.3 紫外-可见光谱分析  38
  2.5 传感器的制备及性能测试  38-42
    2.5.1 传感器的制备  38-39
    2.5.2 传感器的性能测试  39-42
  2.6 小结  42-44
第3章 聚吡咯薄膜的制备及防腐应用研究  44-56
  3.1 引言  44
  3.2 实验部分  44-51
    3.2.1 试剂及仪器  44-45
    3.2.2 11-(N-吡咯基)-十一烯的制备  45-47
    3.2.3 11-(N-吡咯基-十一烷基)二甲基氯硅烷  47-49
    3.2.4 单分子膜的形成  49-51
    3.2.5 聚毗咯膜的合成  51
  3.3 结果与讨论  51-54
    3.3.1 聚吡咯膜的的光学性能分析  51-53
    3.3.2 聚吡咯膜的的表面性能分析  53
    3.3.3 聚吡咯膜的牢固性测试  53-54
  3.4 小结  54-56
总结  56-58
参考文献  58-64
致谢  64-66
攻读硕士学位期间科研成果  66

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 杂链聚合物 > 杂环链聚合物（链上含有杂环的聚合物）
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