髙吸水性聚合物（superabsorbent polymer)是指通过水合作用能迅速吸收自重几十倍乃至几千倍的液 态水而虽凝胶状的新型功能髙分子材料。高吸水性树脂的特殊性能和广阚的应用前录引起国内外的普遍关 注.利用髙吸水性聚合物吸水后形成凝胶的特性有望 用于燃料电池，电容器，导电水凝胶染料敏化太陌能电池及可充式 锂电池等.目前，利用高吸水性聚合物制备导电 水凝胶的报道较少，限制了髙吸水性聚合物的发展与 应用〇
近年来,导电聚合物发展迅速，主要以添加碳纤 维[5〜,膨胀石墨£7’8]、碳黑、纳米碳管[11]及金属 粉「123于聚乙烯，尼龙及树脂为主•■碳纤维与石蜃是良 好的导电材料•在髙吸水性聚合物中掺杂导电碳纤维 及石墨可形成具有良好导电性的复合材料，对于开发 新型导电材料具有重要价值•本文在首次合成出聚丙 烯酰胺/cu、聚丙烯酸盐/聚苯胺及聚丙烯酸盐/石墨 导‘电水凝胶的基础上，以聚丙烯酰胺为基体，通 过添加碳纤维与石墨制备了聚丙烯酰胺/碳纤维/石墨 髙吸水性复合材料，吸水后形成具有较髙电导率的导 电水凝胶.
2 实验 2.1原料及仪器
丙烯酰胺(CP，广东光华化学厂有限公司）f过疏 酸钾(AR,中国医药集团上海化学试剂公司hN，!^- 亚甲基双丙烯酰胺（CP，湖南湘中精细化学品厂）|石 墨粉(SP，粒度d.exioim，国药集团化学试剂有限 公司）》碳纤维(Sika Carbo Dur S型，瑞士）；恒温水浴 锅(HH-S型，江苏国胜实验仪器厂h电导率仪(DDfr 6200型，上海雷磁仪器厂新泾分厂）；电热恒温鼓R干 燥箱(DH0914SA型,上海精密实验设备有限公司）； 电子天平(PL2002型，北京塞多利斯天平有限公司）； 粉碎机(MF 10 basic型，德国扫描电子显徽镜(Hi¬tachi S^OON 型，日本） i 傅立 叶红外光谱仪 （尼髙力 NEXUS 470 型，美国）„
2.2聚丙烯酰胺/碳纤维/石墨离吸水性复合材料的 制备
在三口烧瓶中加人质量比为1 * 1的碳纤维与石 墨粉及减压蒸馏的丙烯酰胺单体，加入蒸馏水使丙烯 酰胺溶解，生成含有导电填料的单体溶液，然后将烧杯 转移到已升至指定温度的水浴锅中加热，加入交联剂 亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾,搅拌溶 解并使碳纤维与石墨粉均勻分散。％保护下,使聚合 反应进行完全，反应完毕后，取出半成品剪成颗粒状置 于80C真空干燥箱中烘千，粉碎后便得到颗粒状的聚 丙烯酰胺/碳钎维/石墨高吸水性复合材料，装袋备用. 2.3聚丙烯酰胺/碳纤维/石墨导电水凝胶的制备及 电导串的测定
室温下，将3g干燥的复合材料样品沒人SOOml蒸 馏水中使其吸水倍率达到（25±l)g/g而形成导电水 凝胶，将凝胶用40目网筛过滤Stnin•室温下，称量粉 碎状导电水凝胶30g置于100m]量筒中，将电导率仪 (DD&6200型)探针插人凝胶中且使探针两极与水凝 胶充分接触《每个样品测试3次，取其平均值。
聚丙烯酰胺与聚丙烯酰胺/碳纤维/石墨导电水凝 胶的SEM表征如图2所示由图2(a)可以看出，聚 丙烯酰胺凝胶表面光滑；图2(b)中，碳纤维与石墨彼 此相互搭接，形成导电通道，有利于电子传导，为导电 水凝胶的导电性提供了结构基础。
3结果与讨论
3.1引发剂用置对凝胶电导率的彩响
引发剂用置对导电水凝胶电导率的影响如图3所 示。图3中碳纤维与石畕含童为10% (质量分数），交 联剂用量为0.04%(质量分数），单体浓度为45%(质 量分数)，反应温度为75"C.在引发剂用量为0.4%~ 1.0%(质量分数)时，凝胶电导率随引发剂用童增多而 升高f超过1.0%(质量分数），电导率又逐渐下降.当 引发剂用量较低时，聚合反应进行缓慢，聚合物网络大 且少，不足以吸附足够的碳纤维与石墨形成导电通道. 引发剂用童过高，聚合反应迅速,甚至产生爆聚，且生 成的聚合物网络空间过小，导电填料分敢不均匀，容易 产生局部髙电阻，电导率降低，本实验条件下，当引发 剂用置为1.0%(质量分数）时，电导率最髙，碳纤维与
Fig 3 The conductivity of hydrogel vs the initiator a¬mount of in the composite 3.2交联剂用置对电导率的彩响
当碳纤维与石墨为10%(质董分数），引发剂用量 为1.0%(质置分数），单体浓度为45%(廣童分数）， 反应温度为80*C时，如图4所示，当交联剂用置低于 0. 06%(质量分数)时，随用量增多电导率逐渐升髙，若 交联剂用置过髙,凝胶电导率逐渐下降•凝胶电导率 取决于聚合物空间网络•交联剂用量过低，不能形成 足够的交联点及完整的聚合物三维网络，因而被吸收 的碳纤维及石墨含置降低，导电通道被阻断》另一方 面，交联剂用置过髙，交联密度增大，网络空间减 小[1S-1S]，同样不利于碳纤维与石墨的吸附，电导率降低。
碳纤维与石墨为10%(质童分数 >，交联剂用量为 0.06%(质童分数），引发剂用量为1.0%(质量分数）f 单体浓度为50%(质量分数),反应温度为801C，如图8 所示，凝胶电导率随聚丙烯酰胺/碳纤维/石墨髙吸水 性复合材料吸水倍率的升髙而降低。当吸水倍率为 l〇g/g时*凝胶电导率可达4.32mS/cnu凝胶的导电 性产生于碳纤维与石墨间的相3；连接.随着吸水倍率 的升髙，由于更多容易被吸收使得凝胶体积膨胀，从而 阻断了碳纤维与石墨的搭接，导电通道被破坏,电导率 下降，因此，在实际应用中，为使导电水凝胶具有较高 的电导率,应使水凝胶的吸水倍率低于30g/g为宜(由 图7所示，在一定吸水倍率下，可采用增加导电填料含 量及改变碳纤维与石墨用量提高水凝胶的电导率.
4结论
采用水溶液聚合法制备了新型聚丙烯酰胺/碳纤 维/石墨导电水凝胶.探讨了制备条件如引发剂用置、 交联剂用量、单体浓度、反应温度、吸水倍率及填料含 置对凝胶电导率的影响.实验结果表明，当交联剂引 发剂用置为1. 〇%(质量分数）,交联剂用貴为0. 06% (质量分数），单体浓度为5〇%(质置分数)，反应m度 为80X：及碳纤维与石墨含量为35%(质量分数)时，凝胶电导率最高为4. 32mS/cm.且水凝胶电导率随吸水倍率的升高逐渐下降，为保证水凝胶具有较髙的电 导率，其吸水倍率不宜过髙，以低于30g/g为最佳。
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