掺盐MEBA-co-KH570共聚物的湿敏性能.pdf

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1、第27卷第1期应用化学V01．27No．12010年1月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJan．2010掺盐MEBA—CO-KH570共聚物的湿敏性能黄林吴玉程孙爱华李勇崔平(“合肥工业大学材料学院合肥230009；中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波)摘要采用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的溴代丁烷季铵盐和硅烷偶联剂KH570的共聚物作为感湿聚合物，并向该聚合物中掺杂LiC1、CaC1、FeC13种不同的盐类，制备了高分子电阻型湿敏元件，系统研究了聚合物浓度、无机盐的种

2、类和浓度对元件湿敏性能的影响。结果表明，在33％～95％RH湿度范围内，元件显示出较高的灵敏度(b为一0．0438～一0．0388)和较好的线性(R为一0．9948～一0．9816)，且阻抗随聚合物浓度的增加而下降，但响应变慢；掺杂LiC1和CaC1：可使元件阻抗变小，掺杂Fecl，却使元件阻抗增大；在1X10mol／L的最佳LiC1掺杂浓度下，元件具有最好的灵敏度(b=一0．0446)和最短的脱湿时间(20S)。关键词MEBA—CO．KH570共聚物，湿敏元件，无机盐，阻抗中图分类号：0632文

3、献标识码：A文章编号：1000-0518(2010)01-0043-05高分子电解质湿度传感器具有制作工艺简单、成本低、测量湿度范围宽、易于集成等优点，发展较为迅速，越来越受到人们重视¨。但仍然存在机械强度低，抗湿性不强，长期稳定性差等缺点。为此，采用了如共聚J、交联J、接枝』、互穿网络(IPN)J、掺杂等方法提高湿度传感器的性能，其中掺杂无机物是一种重要手段。掺杂物主要有纳米氧化物J、无机盐’mJ、导电粉末_7等。Li等利用超声共混的方法制备了聚苯乙烯磺酸钠和纳米TiO：复合湿敏材料，其湿敏性能

4、比纯聚苯乙烯磺酸钠具有更好的线性、更小的湿滞(<4％RH)和更快的响应(吸湿2s，脱湿20s)。Liu等在研究聚{2一甲氧基一5一[3一(磺酸基)丙氧基]．1，4一对苯乙炔}(MPS．PPV)的湿敏性能时发现，在测试湿度范围内，掺杂LiCI的MPS—PPV的阻抗比未掺杂的要低，而掺杂LiClO4使MPS—PPV的阻抗在低湿时增大，从而使得灵敏度增加。su等¨将碱性盐KOH、K：CO掺杂在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中后，湿敏性能得到很大的改善。Lj等⋯在研究聚合物湿敏材料聚(2糠酸_2一丙炔酯)(

5、PPF)时，发现掺杂FeC1比掺杂LiC1使湿敏材料具有更高的阻抗和更好的线性。本文研究了聚合物浓度对感湿膜湿敏性能的影响，采用掺杂3种不同价态无机盐对MEBA．CO—KH570二元共聚物感湿膜进行改性，系统研究了掺杂无机盐的价态和浓度对元件响应特性和响应时间的影响。1实验部分1．1试剂和仪器LiC1、CaC1：、FeC1、对苯二酚，均为分析纯试剂，溴代正丁烷和偶氮二异丁氰，化学纯，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和硅烷偶联剂KH570均为工业品。3532-50LCRHiTESTER型阻抗测试仪(日本日置)

6、，电压为1V，频率为1kHz，复阻抗谱的频率变化范围为1MHz一42Hz。相对湿度范围为33％一95％RH，湿度源为饱和盐溶液(其相应的相对湿度见表1)。测试温度为20℃，响应时间确定为元件在高湿(95％RH)和低湿(33％RH)环境之间转换时，达表1不同饱和盐溶液的相对湿度值(％RI-I)Table1Relativehumidityvaluesofseveralsaturatedsaltsolutions(％RH)2009-Ol-05收稿，2009-04-29修回通讯联系人：吴玉程，男，教授，博

7、士生导师；E—mail：ycwtt2004@126．eom；研究方向：功能材料应用化学第27卷到相对响应值(阻抗)变化量的63％时所需的时问_1，包括脱湿时间和吸湿时间。1．2’湿敏元件的制备a、8￡口ad要疏水性的硅烷偶联剂KH570和亲水性的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的溴代丁烷季铵盐在N气氛围下共聚而形成聚合物湿敏材料¨。将带有叉指金电极的A1：O陶瓷基板用无水乙醇和丙酮浸泡，超声清洗，烘干备用。将LiC1等无机盐溶解在去离子水中，配制成溶液，取适量的MEBA．CO—KH570二元共聚物溶解在去离

8、子水中或盐溶液中，磁力搅拌4～5h，使其充分溶解，采用浸涂提拉的方式，将聚合物溶液涂覆在已经准备好的A10，基板上，空气中晾干后100℃干燥30min，即得到聚合物湿敏元件。2结果与讨论2．1MEBA-CO-KH570共聚物质量浓度对湿敏元件性能的影响图1为MEBA-CO—KH570共聚物质量浓度对湿敏元件响应特性的影响。从图中可以看出，在相对湿度33％一95％RH的范围内，元件阻抗的变化可达到3个数量级，显示出较高的灵敏度；感湿曲线的线性回归相关系数尺在一0．9948一一0．98