非搅拌聚合制备聚吡咯功能化密胺海绵用于油水分离研究

聚吡咯(Polypyrrole,PPy)功能化整体材料在油水分离领域引起了广泛关注.本研究建立了一种非搅拌的聚合方法,成功制备了PPy功能化密胺海绵(PPy-functionalized melamine sponge,PPy-Ms).首先,在搅拌和非搅拌条件下分别制备了PPy和PPy-Ms,结果表明,非搅拌条件制备的PPy纳米颗粒更分散,PPy-Ms更容易清洗,其吸附性能也更优;为达到PPy-Ms的最大吸油效率,基于非搅拌条件进一步优化了聚合时间、酸度和摩尔比等参数.PPy-Ms水接触角约为140°,对各种油类和有机溶剂表现出良好的吸附能力,最大吸油量可达其自身重量的119倍.PPy-Ms对油水混合物的分离效率高达99.8%,并且表现出良好的重复利用性.本研究报道的PPy-Ms制备方法简单且成本低廉,是油水分离的理想候选材料,具有广阔的工业发展和应用前景.

微交联聚吡咯衍生物的合成与光学性能

有机共轭聚合物因具有独特的结构和光电性能,在发光材料及器件领域有着广泛的研究和应用。以吡咯和单醛基苯甲醛为线形单体,以对苯二甲醛为交联单体,采用溶液缩聚法制备了4种蓝光微交联聚吡咯衍生物,并对其分子结构、聚集态结构、微观形貌、热行为、紫外-可见吸收和荧光性能等进行了分析,考察了取代基类型对其结构和光学性能的影响。研究表明,微交联聚吡咯衍生物具有较高的玻璃化转变温度和热稳定性能,为非晶态和亚微米级的球形堆积体;在340nm左右紫外光的激发下,微交联聚吡咯衍生物能够产生约473nm的可见光,属于蓝色发光材料;不同类型的取代基对微交联聚吡咯衍生物的结构和光学特性有所影响。该微交联聚吡咯衍生物制备简单,结构可调可控,在聚合物发光二极管领域有着潜在的应用。

聚吡咯导电材料制备及性能评价综合实验设计

基于学科交叉的综合实验设计,是满足工程教育认证标准和新工科建设要求的必要环节。将电化学和能源材料化学实验进行整合,面向能源化工方向本科生设计了涵盖聚吡咯的制备、分子结构分析和热稳定性表征、储能性能评价及影响因素解析的综合性专业实验。实验设计充分体现了能源材料开发和利用专业特色,同时有效地将科学研究与本科实验教学相结合,提升学生的综合素质和科研创新能力,激发学生探索前沿知识的兴趣,从而实现应用型人才的培养目标。

蓝紫光支化聚吡咯衍生物的制备及发光特性

开发新一代的绿色节能照明器件是落实我国“双碳”战略目标的重要举措。聚吡咯及其衍生物是一类蓝紫光聚合物材料,因光电性能突出而备受关注。以N-甲基吡咯和4种单醛基苯甲醛为线形单体,对苯二甲醛为支化单体,采用溶液共缩聚法制备了4种可溶的、低结晶度的蓝紫光支化聚吡咯衍生物。研究表明,该类衍生物在268nm和358nm左右有明显的紫外-可见吸收峰;在355nm左右紫外光的激发光下,该类衍生物能发射出约为430nm的可见光,属于蓝紫光材料。该类支化聚吡咯衍生物可用作聚合物发光材料,在发光二极管领域中有着良好的应用前景。

聚吡咯/氨纶长丝的应变传感性能与应用

为制备应用于运动监测方面的柔性拉伸应变传感器,探索拉伸型应变传感材料自身长度及拉伸应变对运动监测效果的影响,将表面聚合吡咯的氨纶长丝裁剪成不同长度进行循环拉伸测试,通过扫描电子显微镜和红外光谱仪对氨纶长丝和聚吡咯/氨纶长丝的微观形貌及化学结构进行表征,并测试分析了不同长度的聚吡咯/氨纶长丝在不同速率下拉伸不同应变时的电力学性能。结果表明:通过原位聚合可使聚吡咯完全覆盖氨纶长丝表面,所得聚吡咯/氨纶长丝在500%的应变范围内应力最高可达21.0 MPa;灵敏度值在0%~63%和118%~243%应变范围内分别为1.82和43.3,在800 mm/min速率下拉伸10%应变的响应时间为200 ms。为探索聚吡咯/氨纶长丝与实际应用的匹配性,测试了不同长度聚吡咯/氨纶长丝在连续循环拉伸过程中的电阻变化,归纳其电阻变化特性,并将有效长度1 cm的聚吡咯/氨纶长丝固定在食指第2关节处以监测手指关节的重复弯曲。

冷冻界面聚合法制备聚吡咯@UIO-66复合织物电极及其电化学性能研究

通过原位溶剂热反应将锆-金属有机框架(UIO-66)沉积在棉布上,并采用冷冻界面聚合法聚合聚吡咯(PPy)从而获得PPy@UIO-66@棉复合织物电极材料。通过扫描电镜、红外光谱、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等手段对该复合织物电极的形貌结构和性能进行了表征。结果表明:利用该织物电极组装的超级电容器在电流密度为1.6mA/cm^(2)条件下面积比电容为3888mF/cm^(2)(相应的质量比容量为410.4F/g),经过1000个充放电循环后比电容保持率为73%。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

活性赤泥-聚吡咯复合材料对活性黄-145染料的吸附研究

染料是一种结构复杂、具有剧毒的有机化合物,对人体毒害作用大。本研究制备了一种基于活性赤泥(activated red mud,ARM)和聚合吡咯(polypyrrole,PPy)的吸附剂,并应用于水溶液中染料的吸附脱除。通过吸附实验研究了溶液pH、吸附剂种类、吸附时间、添加量和染料初始浓度对吸附过程的影响,并对ARM-PPy复合材料进行分析表征,阐明了活性黄染料-145(RYD-145)的吸附作用机制。RYD-145在ARM-PPy上的吸附过程与三种吸附等温线关联极好(R2>0.99),其中Langmuir吸附最合适。根据Langmuir吸附模型的拟合结果,RYD-145的最大吸附量是442.5 mg/g。热力学研究表明,RYD-145分子在ARM-PPy的吸附过程中,焓变(ΔH)和熵变(ΔS)均增加,这表明该过程为吸热过程,且表面RYD-145分子排列具有随机性。研究表明,ARM-PPy具有高效处理阴离子和阳离子染料污染废水的能力,且具有较好的成本效益。

聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶促进缺血-再灌注损伤后心脏功能的恢复

背景:导电生物材料被认为是传输心肌修复电信号的潜在候选者,将基于细胞或无细胞的策略与导电生物材料相结合以补充心肌细胞和/或恢复电信号通路,成为一种有前途的心脏修复方法。目的:评估聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶对心肌缺血-再灌注损伤大鼠心功能的改善作用。方法:采用化学氧化聚合法制备聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、生物相容性与导电性。取30只成年SD大鼠,利用夹闭心脏左前降支后再松解的方法建立心肌缺血-再灌注损伤模型,造模21 d后,采用随机数字表法将大鼠分为3组:空白组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射生理盐水,普通水凝胶组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射壳聚糖水凝胶,导电水凝胶组向左心室梗死区及梗死边缘区内注射聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶,每组10只。设置造模后对应的时间点,分别进行心脏机械功能(超声心动图、压力-体积分析)、心脏电生理(心电图、程序性电刺激、光学映射技术、微电极阵列技术评估、八导联心电图、瘢痕区电阻率)及心脏组织学检测。结果与结论:①导电复合水凝胶表面存在大量孔隙,导电率为(3.19±0.03)×10^(-3)mS/cm,与平滑肌细胞共培养具有良好的生物相容性。②造模后105 d的超声心动图与压力-体积分析检测显示,与空白组、普通水凝胶组比较,导电复合水凝胶可明显改善心肌缺血-再灌注损伤大鼠心脏的收缩功能。造模后105 d的心电图、程序性电刺激、光学映射技术、微电极阵列技术评估、八导联心电图、瘢痕区电阻率检查结果显示,与空白组、普通水凝胶组比较,导电复合水凝胶可明显改善心肌缺血-再灌注损伤大鼠心脏的电传导功能,降低心律失常的发生。造模后105 d的心脏组织Masson染色显示,3组大鼠心肌梗死区均出现不同程度的纤维化,与生理盐水组和普通水凝胶组相比,导电水凝胶组梗死区正常心肌组织较多、纤维化程度较小。③结果表明,聚吡咯-壳聚糖导电复合水凝胶可能通过提高梗死瘢痕区组织电传导速度、增加瘢痕厚度、增强心脏同步收缩、减少受损组织来促进缺血-再灌注损伤后梗死心肌的修复。

聚吡咯微胶囊γ-Fe_(2)O_(3)的合成及在膨胀阻燃环氧树脂中的应用

以聚吡咯(PPy)微胶囊γ-Fe_(2)O_(3)得到的PPy-Fe_(2)O_(3)为协效剂、二氨基二苯甲烷改性聚磷酸铵(DDP)为阻燃剂制备了膨胀阻燃环氧树脂(EP)复合材料。结合极限氧指数(LOI)、UL94、热重分析、锥形量热仪及扫描电镜探究PPy-Fe_(2)O_(3)对EP/DDP体系的阻燃性、热稳定性及成炭性能的影响。结果表明,PPy-Fe_(2)O_(3)的加入可增强EP/DDP体系的阻燃性能、抑烟性能及热稳定性。利用PPy-Fe_(2)O_(3)与DDP复配有助于形成更加致密和稳定的炭层结构以减少热释放和生烟量,其中添加0.2%PPy-Fe_(2)O_(3)与9.8%DDP可使EP复合材料的峰值热释放速率(PHRR)与峰值生烟速率(PSPR)分别下降12.3%与11.0%,并成功通过UL94 V-0级且具有35.5%的LOI值。热重分析表明,PPy-Fe_(2)O_(3)的加入显著提高了EP/DDP体系的热稳定性与成炭性能,其中含0.2%PPy-Fe_(2)O_(3)的EP复合材料在700℃时的残炭量达到32.0%。

多功能聚吡咯/聚酰亚胺电磁屏蔽复合膜的制备与性能研究

目的开发具有优异屏蔽效率、轻质且热稳定性良好的电磁屏蔽材料。方法以聚酰亚胺(PI)为聚合物基体,聚吡咯(PPy)为添加相,采用静电纺丝-低温原位聚合技术制备PPy/PI电磁屏蔽复合膜。通过在薄膜内部的多孔结构中构建致密的导电网络,赋予复合膜优异的导电性和高效的电磁屏蔽效能。结果在聚合PPy浓度为0.1 mol/L时,复合膜的电导率和电磁屏蔽效能分别为2.23 S/cm和26.04 dB,且其单位厚度电磁屏蔽效能可达到110.81 dB/mm,展现出优异的电磁屏蔽性能。结论PPy/PI复合纤维膜表现出良好的力学性能(拉伸强度为11.73 MPa)、优异的热稳定性(>400℃)和力学传感性能,具备在恶劣环境下广泛应用的潜力。

化学氧化法制备聚吡咯及其掺杂改性研究

采用化学氧化法制备聚吡咯(PPy),研究了氧化剂种类[FeCl_(3)和(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)]、反应温度(冰浴和室温)以及反应时间(6 h和12 h)对合成导电聚吡咯的影响,并对反应条件进行了优化。重点考察了不同浓度表面活性剂SDS掺杂对吡咯单体聚合的结构及形貌的影响,利用SEM、FT-IR、XRD、XPS、TGA、N_(2)吸附-脱附等表征方法及电导率测试对产物进行分析。结果表明,合成导电聚吡咯的最佳工艺条件为:以FeCl_(3)作氧化剂,在冰浴条件下反应6 h,产物电导率可达到0.0769 S/cm;适量掺杂剂SDS的添加改变了样品的微观形貌,有利于提高PPy的热稳定性及导电性。

聚吡咯导电水凝胶的制备及其研究进展

导电聚合物水凝胶结合了导电聚合物的导电性和水凝胶的高延展性、可调柔韧性等特点,使其成为制备可穿戴电子设备的理想材料。到目前为止,各种导电聚合物被用于制备水凝胶,其中,聚吡咯具有优异的导电性能和生物相容性,是广泛研究和应用的导电高分子材料之一。详述了聚吡咯导电水凝胶的3种制备方法,介绍了聚吡咯导电水凝胶在传感器、储能材料和生物医学领域的应用,并提出了目前有待解决的问题和解决方案,以期设计出性能优异的聚吡咯导电水凝胶。

纳米陶瓷颗粒涂层聚吡咯柔性加热织物的制备及性能

为了增强聚吡咯(Ppy)加热织物的安全性、环保性,提升Ppy与棉织物附着牢固性,将纳米陶瓷颗粒(NCP)与水性聚氨酯(WPU)按一定比例进行掺杂,采用刮涂法在Ppy织物表面均匀成膜,制备出WPU/NCP/Ppy织物。通过控制单一变量法优选出原位聚合法制备Ppy织物的工艺参数,在此基础上对制备的WPU/NCP/Ppy织物电热性能、表面形貌、老化性能、功耗等进行了测试与表征。结果表明:制备Ppy织物的最优工艺为吡咯单体浓度0.4 mol/L、反应时间120 min、反应环境温度0℃~5℃;制备的WPU/NCP/Ppy织物红外发射率高达0.86,导热系数为0.2875 W/(m·K),在表面绝缘和防止老化方面优于PPy织物,在较低温度的室外环境下功耗较少。认为:WPU/NCP涂层对Ppy织物的稳定性、安全性具有一定的提升作用,保温效果更好。

聚醚砜/银纳米线-聚吡咯柔性复合导电膜的制备

以聚醚砜/银纳米线为有机柔性基材,聚吡咯为高分子导电介质制备了聚醚砜/银纳米线-聚吡咯柔性复合导电膜,并对该导电膜的结构和导电性能进行了测试与表征。结果表明:银纳米线、聚醚砜、聚吡咯的相容性良好,导电膜表面的主要成分为Ag,C,O,S,含量分别为59.7%,33.2%,2.8%,3.4%(w)。聚吡咯含量为20%(w)时,复合导电膜电阻率为3.5Ω·m,电导率为9.7 S/cm,交流电导率为2.7×10^(-5) S/m。通过对复合导电膜电化学阻抗谱的测试,选择制备导电膜的反应时间为3 h。

聚吡咯/碳纳米管高分子导电膜的制备及抗污染性能

从电化学缓解膜污染出发,在聚砜膜表面负载碳纳米管和聚吡咯后形成具有优异导电性能的高分子膜。实验过程中进行了条件优化,其最佳制备条件为:0.25 mol/L的氧化剂FeCl_(3),5℃冰水浴,6 h聚合反应时间,0.4 wt%吡咯浓度和0.08 mg/cm^(2)的碳纳米管用量。通过扫描电镜和傅立叶变换红外光谱显示,碳纳米管能够有效地负载并通过吡咯的聚合锚定在膜表面,形成具备优异导电性能的聚吡咯缠绕碳纳米管的导电层,电化学性能和截留性能测试表明,该导电层可以有效地用作电化学过滤的工作电极。

聚吡咯改性钛酸钡纳米颗粒/聚偏氟乙烯复合压电薄膜的制备及性能分析

为解决钛酸钡(BT)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料中两相材料间介电差异较大和BT难极化的问题,先以吡咯(Py)为聚合单体,通过细乳液聚合法制备聚吡咯改性BT(记作BT@PPy)纳米颗粒,然后将此作为纺丝液组分,利用静电纺丝法构筑BT@PPy/PVDF复合压电薄膜;进一步将铜箔电极贴于复合压电薄膜上下表面,制备BT@PPy/PVDF压电纳米发电机。采用FT-IR、TEM和XRD等手段分析BT@PPy纳米颗粒的结构和形貌,测试复合压电薄膜的压电常数和压电纳米发电机的输出电压。结果表明:PPy成功包覆BT纳米颗粒,形成核壳结构;添加质量分数为1%的BT@PPy纳米颗粒填料,静电纺丝所得复合压电薄膜的剩余极化由未改性前的0.125μC/cm^(2)提升至0.472μC/cm^(2),压电常数从12 pC/N增加到23.2 pC/N;所制纳米发电机输出电压从0.2 V提升到2.5 V,对外部压力感知敏感。聚吡咯对BT纳米颗粒的改性,提升了BT/PVDF复合压电层中BT的极化程度和压电层的压电常数,从而提高了所制压电纳米发电机的输出电压。研究结果可为制备高压电输出的压电纳米发电机提供有益参考。

网络化聚吡咯/聚氨酯复合材料的抗静电性能研究

导电剂填充树脂制备高分子抗静电复合材料时,其添加量直接决定着复合材料的导电率,但导电剂的微观形态深刻影响着导电通道的效能。利用软模板制备不同网络结构特征的聚吡咯(PPy)材料,将其与聚氨酯(PU)通过溶液共混制备PPy/PU复合材料,考察PPy的结构差异对复合材料电导率的影响。利用线径在20~35 nm和30~50 nm范围的网络化PPy材料,分析了其添加量为1%~3%(质量分数,下同)时所制备的PPy/PU复合材料的电导率,对比PPy颗粒制得复合材料电导率均达到了10^(-7) S/m数量级。复合材料在100%~500%形变下,导电率均出现降低,但网络化PPy/PU复合材料仅下降1个数量级,其中1%添加量的网络化PPy/PU复合材料与3%PPy颗粒制备PU复合材料的导电率相当。结果表明,网络化导电剂在复合材料形变条件下,其原生网络维持了复合材料中导电通道的完整性,使得材料在形变下依然保持较高的电导率。

交流电频率范围变化对电化学合成的聚吡咯薄膜电致变色性能的影响

采用电化学阻抗谱法,以吡咯和对甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid,p-TSA)为原料配制反应溶液,以掺氟SnO2透明导电玻璃为基底,简单而有效地一步合成聚吡咯(polypyrrole,PPy)薄膜。研究了电化学合成中交流电频率范围的变化对所制备的聚吡咯薄膜的结构和电致变色性能的影响。结果表明,在初始电位0.7 V,施加±100 mV正弦波的基础上,交流电频率范围的变化改变了PPy薄膜颗粒的分布形态,频率范围变化越宽,薄膜颗粒越小,尺度接近于纳米级。当交流电频率范围在10^(-1)-10^(3)Hz时,制备的PPy薄膜的电致变色性能最佳,其800 nm光波处的光调制幅度达到65.4%,该薄膜还具有较快的电致变色响应,着色和褪色开关时间分别为5 s和6.5 s,且其着色效率达到137.4 cm^(2)-C^(-1),100次电致变色循环后的光调制幅度保留率可达65.7%。

聚吡咯基温敏凝胶的制备及性能研究

为了明确纳米温敏凝胶在光控药物释放和光热治疗等方面的应用价值,通过无皂乳液聚合法,使用单体N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide,NIPAM)与壳聚糖(chitosan,CS)合成了体积相转变温度为38.5℃,并具有明显的温敏性的PNIPAM/CS复合温敏凝胶;利用原位吸附法在PNIPAM/CS凝胶颗粒表面生长聚吡咯(polypyrrole,PPy)光响应层,获得结构为球形,尺寸分布为100~200 nm的PNIPAM/CS@PPy纳米凝胶。当温度从20℃增加到42℃时,凝胶颗粒的水合粒径从250 nm下降到140 nm,表现出温度变化驱动的体积收缩性能。研究结果表明:纳米凝胶颗粒具有较强的吸收近红外光功能;在808 nm激光照射下,纳米凝胶具有强光热转换性能,其光热升温随着浓度的增加而增强;PNIPAM/CS@PPy在温控药物释放和光热治疗等方面具有潜在的应用价值。