等離子體誘導下導電高分子復合膜的研究與應用*

孟憲輝，趙麗娜，岳娜娜，陳 浩，王春蓮，王繼庫

（吉林師范大學 化學學院，吉林 四平 136000）

很多聚合物薄膜都是透明絕緣且耐高溫比較穩定的聚酯薄膜，但因其親水性較差，所以要通過對聚酯薄膜材料的表面進行改性。表面改性技術，大致可以歸結為化學接枝、紫外光輻照接枝、高能射線輻照表面接枝、等離子體處理表面接枝和表面臭氧氧化處理法。

經過低溫等離子體處理過的材料，其表面上會產生許多自由基，這些具有活性的自由基可以引發一些具有不飽和健的單體接枝到其表面，但是具有不飽和鍵的可接枝的單體很多，性質也各不相同，這樣就可以變換其單體的種類，在材料的表面接枝不同的單體，使材料產生各種不同的性質[1]。因此，通過低溫等離子體處理，可以很好地完成材料的表面改性。如在不改變其原有的性質的條件下可以大大提高聚合物薄膜的親水性、粘結性以及生物相容性等。

在聚合物薄膜表面親水性方面，主要表現在薄膜表面的水接觸角有了相當的變化，而且這種變化是隨著等離子體處理條件的改變而呈現一定規律[2]。通過低溫等離子體處理的材料，放置一段時間后表面性能不會發生明顯變化，即穩定性好[3]。

一些高分子材料由于具有耐高溫、耐腐蝕、表面光滑、不導電等性質而被廣泛使用，但同時這些高分子材料也具有不粘接的性質，通過低溫等離子體處理，可以改善材料的性能[4，5]，使其表面形成大量的活性基團，這些活性基團能夠形成共價鍵，因而可大大提高材料的粘接性。

某些高分子材料本身是不具有生物相容性的，但通過低溫等離子體處理后，可以大幅度的提高高分子材料的生物相容性[6]。高分子材料能具有良好的生物相容性是其能作為醫用材料的前提。通過測定高分子材料的抗凝血性能等，進一步確定高分子材料在醫學界的發展[7]。因此，等離子體誘導下材料表面改性已成為熱點[8-10]。

近些年，高分子材料表面薄膜的導電性越來越受到人們的關注，通過化學接枝和其他一些方面對材料表面接枝上導電高分子，從而賦予材料表面一定的導電性，充分發揮材料在電極、抗靜電方面的作用與應用。如可以通過低溫等離子體處理過接枝上丙烯酸的PET薄膜與導電高分子吡咯通過一定方式復合，可以得到具有良好導電性的復合材料。

1 聚合物以及導電高分子復合膜的研究與應用

二十世紀70年代新發展的高分子導電復合材料有著非常廣闊的應用前景。導電高分子復合膜最突出的特點就是不僅具有無機半導體和金屬的導電性，而且還具備了有機聚合物可加工可塑造的優良性能。到目前，已被國內外科學界研究的導電高分子材料有聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔等多種導電高分子材料[11]。

1.1 導電高分子的研究

導電高分子包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等由于他們良好的導電性，因此，可做為電化學電容電極材料和電化學生物傳感器等。聚酯薄膜材料通過低溫等離子體處理，材料表面產生活性基團，再與具有導電性的單體聚合，就會得到導電高分子。

1.1.1 聚吡咯 導電高分子聚吡咯的合成相對其他聚合物來說比較簡單，吡咯的氧化勢相對比較低，并且具有無毒、導電性高等特點，一直備受關注。導電高分子聚吡咯的合成一般有兩種方法，一是化學氧化合成，二是電化學合成[12]。

聚吡咯的電化學合成一般可以直接形成具有導電性能的聚吡咯薄膜，1979年DiQz等人就用電化學的方法制成聚吡咯薄膜，隨后Satoh等人[13]在用電解液為對甲基苯磺酸的方法得到了電導率為500s·cm-1聚吡咯薄膜。而化學合成一般形成粉末，化學合成過程中需要在反應介質中加入氧化劑，通過氧化劑的氧化，使吡咯發生聚合反應，這樣就形成了共軛結構。常用的氧化劑一般有FeCl3·6H2O、（NH4）2S2O8、H2O2等，在加入氧化劑的同時還需要加入起到表面活性劑作用的摻雜劑，因為純聚吡咯的導電性較差，加入摻雜劑以后會大大提高聚吡咯的導電性。摻雜劑有很多種，主要有質子酸、堿金屬、鹵素、Lewis等[14]。還可以通過低溫等離子體處理使吡咯聚合接枝在聚酯薄膜材料上面，形成導電高分子復合材料。

1.1.2 聚噻吩 制備聚噻吩一般采用的方法有化學聚合、電化學聚合、激光促進合成、微乳液法、固相反應法等。一般純噻吩經過聚合形成的聚噻吩導電性比較差，但是經過摻雜，會提高聚噻吩的導電性[15]。劉承美[16，17]等用碘摻雜制取聚噻吩，其最大電導率可以達到48.6S·cm-1。經過低溫等離子體處理的聚酯薄膜，其表面可以產生大量自由基，這些活性自由基可以與其他自由基或噻吩聚合形成復合膜。

1.1.3 聚苯胺 導電高分子聚苯胺是一種導電性能很好的導電高分子材料，其最突出的特點是空氣中穩定性好，且成本較低。聚苯胺可以用化學氧化法和電化學陽極氧化法制備。聚苯胺的電導率隨pH值得變化而變化[18]，一般在堿性的條件下制備的聚苯胺很難導電，而在酸性條件下制備的聚苯胺的電導率就比較高。聚苯胺是一種很好的防污染材料，并且可以制備成導電纖維。通過等離子體聚合，產生的自由基可以聚合在材料的基體上。

1.2 導電高分子復合膜的研究

目前，所制得的導電高分子聚吡咯一種是粉末狀的，另一種是薄膜。聚吡咯薄膜堅硬且韌性較差，不利于加工與應用，因此，將吡咯與其他的材料相結合形成復合物，這樣一些高分子材料通過低溫等離子體處理在不改變其本身性能的同時，還具備了聚吡咯所具有的性質，例如導電性，因而就形成了導電高分子復合膜。

韓高義[19]等人研究了聚吡咯/聚丙烯纖維復合膜，研究表明，用化學氧化的方法制得的此復合膜，具有良好的電化學性能，并且反應的條件、聚吡咯及其復合膜的含量將影響復合膜的電導率及其形貌。楊金燕[21]制備了聚吡咯/Nafion117復合膜，并對復合膜的性能進行了表征，紅外光譜測試結果表明，選用 0.5mol·L-1的 FeCl3·6H2O（氯化鐵）作氧化劑，可將吡咯單體聚合在Nafion117膜基體上，并且經過改性后，復合膜具有比原膜更好的力學性能，復合膜的熱穩定性也顯著提高。

2 結論

等離子體誘導下導電高分子復合膜的制備已成為高分子導電材料的一個重點，PET薄膜是典型的不導電、不親水、不粘接的薄膜，經過低溫等離子體處理后可以增強其材料表面的親水性、粘接性等。將吡咯單體聚合在經過低溫等離子體處理后的PET薄膜上會形成聚吡咯復合膜，聚吡咯具有較好的導電性，而PET薄膜具有很好的力學性能和可加工性，這樣所形成聚吡咯復合膜就有了更好的性能以及更廣泛的應用空間。

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