导电聚醚醚酮/聚苯胺薄膜的制备

doi:10.7503/cjcu20250326

摘要/Abstract

摘要：

为解决常规熔融共混法制备聚醚醚酮(PEEK)/聚苯胺(PANI)复合材料过程中存在的PANI易团聚和高温分解的问题, 采用聚合物前驱体膜一步原位合成法, 制备出高含量且分布均匀的PEEK/PANI复合薄膜. 通过考察前驱体聚合物的共聚组成对最终PANI含量及薄膜性能的影响, 调控关键单体N-苯基(4,4′-二氟二苯)酮胺(PDK)与4,4′-二氟二苯甲酮的摩尔比, 制备了一系列聚芳醚亚胺(PAEN)共聚物薄膜作为前驱体膜, 并对其经侧基水解协同氧化偶联反应得到的PEEK/PANI复合薄膜进行了表征. 结果表明, 当PDK与4,4′-二氟二苯甲酮的摩尔比为9∶1时, 所得PEEK/PANI-0.9薄膜表现出最佳综合性能. 扫描电子显微镜(SEM)观察显示, PEEK/PANI薄膜表面致密均匀、无明显孔洞. 电学测试结果表明, 厚度为40 μm的PEEK/PANI-0.9薄膜的电导率较高, 为4.78×10⁻⁴ S/m. 所制备的PANI含量高、分散均匀的聚醚醚酮导电复合薄膜有望在导电、抗静电、电磁屏蔽及吸波领域得到广泛应用.

关键词: 一步原位合成法, 导电材料, 聚醚醚酮, 聚苯胺

Abstract:

To address the issues of polyaniline（PANI） aggregation and thermal degradation in conventional melt-blended polyetheretherketone（PEEK）/PANI composites， we developed a one-step in-situ synthesis method starting from copolymer precursor films. A series of precursor films based on PAEN copolymer was prepared by varying the molar ratio of the key monomers， N-phenyl（4，4′-difluorodiphenyl） ketone-amine（PDK） and 4，4′-difluorodiphenyl ketone. These precursors were subsequently converted into PEEK/PANI composite films through side-chain hydrolysis and oxidative coupling. The results showed that the composite film with a 9/1 monomer ratio（denoted as PEEK/PANI-0.9） exhibited the best overall performance. Scanning electron microscopy（SEM） characterization revealed a dense and uniform surface morphology without obvious pores. Electrically， a 40 μm-thick PEEK/PANI-0.9 film achieved a conductivity of 4.78×10^-⁴ S/m. In summary， this method successfully produces PEEK films with well-dispersed， high content PANI， showing promise for applications in areas requiring conductivity， antistatic protection， electromagnetic shielding and wave absorption.

Key words: One-step in-situ synthesis method, Conductive material, Polyetheretherketone, Polyaniline

中图分类号:

O631.5

TrendMD:

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图/表 8

Fig.1 1H NMR spectra(A) and DSC curves(B) of PAEN⁃x

Table 1 The viscosity, molecule weight and thermal properties of PAEN copolymers

Polymer	η_sp/c	M_n	M_w	PDI	T_g/℃
PAEN⁃1.0	2.42	51200	80990	1.58	168.7
PAEN⁃0.9	2.07	57071	94410	1.65	165.9
PAEN⁃0.8	1.62	76732	126528	1.64	162.2
PAEN⁃0.7	1.30	60813	100478	1.65	158.3
PAEN⁃0.6	1.13	54677	80356	1.46	145.6

Fig.2 Synthetic route(A) and FTIR spectra of PEEK/PANI composite films(B)

Fig.3 SEM images of surface(A—E) and cross⁃section(F—J) of PEEK/PANI films(A, F) PEEK/PANI-0.6; (B, G) PEEK/PANI-0.7; (C, H) PEEK/PANI-0.8; (D, I) PEEK/PANI-0.9； (E, J) PEEK/PANI-1.0.

Fig.4 DSC(A) and TGA(B) curves of PEEK/PANI films

Fig.5 Solublity(A) and mass fraction of gel(B) of PAEN⁃0.9 and PEEK/PANI⁃0.9 films

Fig.6 Elongation at break(A) and tensile stress(B) of PAEN and PEEK/PANI films with different PDK contents

Fig.7 Conductivity of PEEK/PANI films with different PDK contents at 40 μm and 70 μm thickness(A) and the normalilized conductivity(σ/σ0)(B)Insets：（A） the image of PEEK/PANI-0.9 film；（B） the images of PEEK/PANI-0.9 film taken after folding and spreading.

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