导电性塑料
一、导电性塑料简介
按塑料的导电率和体积电阻率大小不同，可将塑料分为绝缘体、半导体、导体三类。
绝缘体：体积电阻率大于 1012ω.cm，或电导率小于 109s/
cm；
半导体：体积电阻率介于 106～1012ω.cm，或电导率介于 2～109s/
cm；
导体：体积电阻率小于 106ω.cm，或电导率大于 2 s/cm。
导电性塑料是指体积电阻率小于 106ω.cm或电导率大于 2 s/cm的一类聚合物。
至少在 20 世纪 80 年代以前，人们一直认为塑料为绝对的非导体材料。 1977 年日本学者 k.siakawa和
mac.diarmid 首次开发出体积电阻率为 103ω.cm 的聚乙炔.并于 1986 年将其进行双向拉伸改性处理后，导
电率可达 104～105s/cm，接近于金属铜和银的导电率。这时，人们才认识到塑料也可能成为导体，而且是
一种电的良导体。
目前，已开发的导电塑料品种有：聚苯胺 (pan)、聚对亚苯基 (ppp)、聚乙炔 (pa)、聚对亚苯基乙炔
(ppv)、聚吡咯 (ppy)及聚噻吩 (pth)等。
聚合物要具有高导电性能，其结构上应具有以下条件：
(1)具有共扼结构 这种聚合物的大分子主链是由交替排列的双、单键组成的重复单元，共扼键上的π
电子可以在整个分子链上离域，从而产生载流子 (电子或空穴 )和输送载流子。
(2)非共扼聚合物分子间的π电子轨道相互重叠。
(3)聚合物具有电子接受体或给予体。
纯导电性树脂的实际导电性都不好，但经过掺杂处理后，导电性可大幅度提高，成为导电塑料。不同
树脂的掺杂材料不同，如聚乙炔、聚苯基乙炔掺杂碘、五氟化砷、五氟化硼；聚噻吩、聚吡咯、聚苯硫醚
掺杂五氟化硼、五氟化砷、五氟化锑；聚苯胺、聚对亚苯基掺杂三氯化铝、质子酸。也有聚合物不用外加
掺杂材料，具有自身掺杂的特点，如聚噻吩等。
导电性塑料具有质轻、导电性好、防腐蚀、防生锈等优点，是一类很有发展前途的导电材料。遗憾的
是到目前为止，虽对导电聚合物的研究已逾 20 载，但离实际大规模应用还有很远的距离。例如，在电极
材料、光电材料等方面，导电塑料还缺乏竞争力。这主要是因为如下几方面的原因。
(1)加工性不好 迄今为止，导电聚合物都不具有可熔的热塑性加工特点；而且，具有可溶性的聚合物
品种也不多，目前只有可溶性 pan和聚 3
长链烷基噻吩两种；大多数聚合物都为不溶不熔，难以加工。可
溶性导电聚合物只能采用溶液流延方法成型。
(2)稳定性不好 随着芳杂环导电聚合物的开发，解决了导电聚合物化学和环境不稳定性问题；但掺杂
物本身的不稳定，也会导致导电聚合物不稳定。
(3)较难合成结构均一的聚合物 导电聚合物都存在着化学结构上的缺陷， 各个层次上的凝聚态也存在
多分散性。
(4)价格高 只有 pan的加工费稍低。
二、导电性塑料的具体品种
1、聚苯胺 (pan)
聚苯胺的英文名称为 polyaniline，简称 pan。其分子式为：－（ c6h5－nh）n－。
对聚苯胺的研究已有近百年的历史，直到 1980 年成功地聚合成电活性的聚苯胺膜以来，才发现它具
有优良的导电性能。目前，聚苯胺是最有希望获得应用的一种导电聚合物，因此对其研究十分活跃，并且
进展也比较大。
聚苯胺与其他类型导电聚合物有所不同，因受氧化程度和质子化程度不同而存在着多种化学结构，并
可通过控制质子化程度来控制其导电率。它在不同的氧化
还原状态下具有可逆性，且具有不同的结构、组
分、颜色及导电率。其完全氧化型和还原型都为绝缘体，只有在中间氧化状态通过质子酸掺杂后才能形成
电的良导体，其电导率最高可达 10～103s/cm。聚苯胺 (pan)的掺杂材料和掺杂机理也与其他导电聚合物不
同，它具有独自的掺杂现象。它通过质子酸或三氯化铝掺杂而导电。在具体掺杂过程中，聚苯胺大分子上
的数目并没有发生改变。
纯聚苯胺具有良好的热稳定性，本征态的聚苯胺在 360℃才发生分解；它耐氧化性及环境稳定性好 .它
化学稳定性好，几乎不溶于任何溶剂。
处于导电状态的掺杂聚苯胺，由于强烈的大分子间作用力，使聚苯胺分子链呈现高刚性，表现为不溶
不熔，加工性不好，使聚苯胺难以获得实际应用。为此，人们采用改进聚合方法、采用取代苯胺聚合等方
法，制成部分可溶性聚苯胺。可溶性聚苯胺可用溶于二甲基亚砜、砒啶、 n
甲基吡咯烷酮、四氢呋哺、二
甲基甲酰胺等有机溶剂和浓硫酸中，从而可将聚苯胺配成溶液，并由此制成导电薄膜。聚苯胺薄膜的机械
强度十分低，需通过控制相对分子质量、接枝共聚等方法改进，从而获得实际性应用。
实际上应用的聚苯胺并非纯聚苯胺，而是具有一定强度可加工的改性聚苯胺共聚物。例如， 1981 年美
国与德国两个公司合作开发聚苯胺共聚物，外观为深绿色粉末，相对密度为 1.36。
此外，聚苯胺可与 pvc、abs及 pc等共混，可用注塑、挤出、吹塑等方法成型。例如，在聚苯胺中
加入 70%的软质 pvc，产品的电导率为 125s/m，拉伸强度为 42mpa，断裂伸长率为 250%。
2、聚对亚苯基乙炔 (ppv)
聚对亚苯基乙炔的英文名称为 poly(
pphenylenevinyvene)，
简称 ppp。
聚对亚苯基乙炔的分子式为：－(c6h5－ch＝ch)n－，属于π π
共轭型导电聚合物；它具有较高的导
电率，其导电率为 3×102s/
m；而且还可作为电致发光材料。聚对亚苯基乙炔作为电致发光材料最早于 90
年代由英国剑桥大学开发成功，它可发出波长 551nm的光，发光率为 0.75%。
纯聚对亚苯基乙炔虽难以加工，但由于聚对亚苯基乙炔可先制成预聚物，然后通过减压抽真空加热制
成导电膜，加工问题得到解决。因此，聚对亚苯基乙炔成为 90 年代研究最多的导电材料。
聚对亚苯基乙炔的改性品种一为在苯环上引人取代基，二是对乙烯基改性。在苯环上引人取代基的有
聚 (2，5
二庚基
对亚苯基乙炔 )，代号 hpppv，
可溶于氯仿、甲苯等有机溶剂；因而，可采用流延方法加
工。
3、聚对亚苯基 (ppp)
聚对亚苯基的英文名称为 polyparaphenylene，简称 ppp。其分子式为：―(c6h5)n―。
聚对亚苯基有化学缩合聚合和电化学聚合两种合成方法。化学缩合聚合的产物为不溶不熔的褐色粉
末，难于成型加工 .而电化学聚合可得到薄膜状产品，其颜色也很深。但电化学聚合的产物聚合度小，仅为
20，电气特性和机械性能低；为提高其聚合度，必须采用可溶性预聚体转换工艺，即在成型加工的预聚题
阶段就予以成型，成型后再进一步聚合，聚合度为 80～110。
聚对亚苯基具有较高的导电性， 可进行 n型和户型掺杂；用 alcl3进行气相掺杂后，其导电率为 102s/
m。
聚对亚苯基在电化学上也显示出有趣的特性，已有用于电池电极的报道。
4、聚噻吩 (pth)
聚噻吩的英文名称为 polythiophenes。简称 pth。聚噻吩的最大特点为导电性高、可溶性好、 稳定性好。
聚噻吩的加工改性品种为聚烷基噻吩，它为在噻吩的 3 位上引入烷基，提高其可溶性。随烷基长度的
增大，溶解性增大，导电性下降。当 r为一 ch3或 c2h5时，其导电率为 5.1×102s/cm。
聚 3
磺酸烷基噻吩为水溶性聚噻吩， 它具有自掺杂性能， 随相对湿度的不同， 导电率在 107～
102s/
cm，
范围内。用漠掺杂后，导电率在提高到 101s/
cm范围内。该聚合物可制成水溶液，进行溶液浇铸成型。
5、聚砒咯 (ppy)
聚吡咯的英文名称为 polypytroles。简称 ppy。用于导电的聚吡咯为 3 位取代 ppy 的衍生物，已分别
合成了聚 3
烷基吡咯、聚 3
烷基噻吩吡咯等品种。
聚吡咯的导电性很好，用五氟化硼掺杂后，其体积电阻率仅为 l02s/cm。聚吡咯是少数高稳定性导电聚
合物，其膜制品在空气中具有优良的稳定性。聚砒咯的机械性能不好，常用其与 pvc、pva及 pi等复合，
以提高其强度。
6、聚乙炔 (pa)
聚乙炔的英文名称为 polyacethlene，简称 pa，分子式为：－(ch＝ch)n－，是最早开发的导电聚合物
品种。
纯聚乙炔的导电性不高， 但经过掺杂后， 聚乙炔导电性极高 .如聚乙炔用碘掺杂后， 导电率可达 104s/cm；
经双向拉伸处理后可达到 105s/cm。它是一种优良的导体材料，是室温下导电最好的非金属材料。
聚乙炔的最大缺点为加工性不好，这极大地限制了其应用。虽其导电性十分好，但目前对其研究的较
少，应用也未见报道。我国浙江大学在 70 年代末即开展研究，且取得成果。