[发明专利]导电高分子组成物及其所制成的抗静电涂料与抗静电膜

说明书

技术领域

本发明是有关于一种导电高分子组成物，特别是指一种以乳化聚合的方式制备出的聚噻吩系(polythiophene-based)导电高分子组成物，及其所制成的抗静电涂料与抗静电膜。

背景技术

由于高分子是绝缘材料，用来做成电气、电子元件的包装材时，会因为静电的产生及所累积的电荷而发生放电、吸引、反射等现象，不但影响制品外观，对制程也有重大影响。因此必需使材料导电化以控制静电的产生。

在高分子材料导电化上，通常会直接在高分子中做导电改质，如聚苯胺等，或添加导电性填充剂，如导电碳黑或金属粉末，或添加抗静电剂，以增加高分子材料避免电荷聚集或转移电荷的能力。

目前热门的本质型导电高分子(ICPs)有聚噻吩、聚苯胺(polyaniline；PAn)、聚乙炔(polyacetylene；PA)、聚对苯(poly(p-phenylene))，及聚吡咯(polypyrrole；PPy)等聚合物，它们都是因其共轭性结构，使其电子可沿着分子链或跃过分子链移动而具有本质导电性。由所述导电高分子制成的涂膜可用作如电子材料的包装卷带及胶带，电脑、电视等各种显示器的抗静电膜，及偏光板等各种光学构件的保护薄膜。

本质型导电高分子具备导电性质的原因在于：高分子呈现共轭排列的结构，也就是说，主链上的π电子轨域与另一π电子轨域重迭而成一连续共轭排列的分子轨域，且分子轨域的π-π*能带间隙会随着π电子共轭长度增加而降低。然而，由于导电高分子本身的导电度较低，因此，目前的研究大多尝试将导电性高分子进一步以其他无机或有机化合物予以掺杂，以有效提升导电性，并增加产业上利用性。

吴伟诚在『以不同界面活性行苯胺的乳化聚合』(2001年，中山大学材料所硕士论文)中，揭示聚(4-乙烯基吡啶)(poly(4-vinyl pyridine)；P4VP)及甲基磺酸(methanesulfonic acid)的一错合物(简称P4VP(MSA))，在将该错合物打锭后，以四点碳针测量到的导电度是介于10^-5-10^-6S/cm之间，且该论文中采用该错合物为乳化剂，并加入聚乙二醇(polyethylene glycol；PEG)与盐酸分别作为稳定剂与掺杂剂，透过乳化聚合的方法来制备聚苯胺水性乳胶，借此制得的聚苯胺乳胶经电子穿遂式显微镜(TEM)分析，推测应具有核壳(core-shell)结构。

然而，聚苯胺虽具有合乎期望的导电度，但是由于分子间或分子内的相互吸引力较强，且加上其质地坚硬，使其溶解度及加工性质皆不佳，导致其在使用上有所限制，因此，不少研究是朝向不同的导电高分子发展，譬如近年来已有一些利用聚噻吩作为抗静电用途的专利。

US 5,300,575专利批露了一含聚噻吩的水性分散液及该分散液于抗静电膜的用途，此专利添加聚苯乙烯磺酸(polystyrene sulfonic acid，简称PSS)作为分散剂。类似于期刊论文″Synthetic metals139(2003)1-10″以及″Synthetic metals 84(1997)67-68″所揭示的，此种分散系统的缺点在于：聚苯乙烯磺酸在水溶液中会以无规卷曲(randomcoil)的构形存在，并扮演聚阴离子(polyanion)来稳定聚噻吩阳离子，两者是以无规卷曲构形互相卷绕成颗粒(grain)方式存在。

如熟悉聚合物领域人士所知，此种无规卷曲分散系统的稳定性严重受限于浓度控制，因浓度只要稍微过高聚合物就会缠结在一起，所以聚噻吩无法有效地被分散，另外，此种分散系统需在低温下保存以避免发生缠结，再者，也无法以方便保存的干燥型式保存，因为把溶剂移除后，聚合物间会发生无法回复的缠结，因此无法再使用溶剂使复溶并进一步使用。

类似地，US 5,766,515中所揭示用于分散聚噻吩的所有实验皆采用上述的聚苯乙烯磺酸分散剂，因此会遭遇相同的问题。另外，US 6,633,956中揭示聚噻吩的抗静电涂料与抗静电膜，用于制备抗静电膜的众多实验也皆采用添加聚苯乙烯磺酸的聚噻吩水性分散液做为原料，因此同样无法避免上述问题。

除了聚合物易缠结且聚噻吩水性分散液保存不易的问题外，″Synthetic metals 139(2003)1-10″论文也述及，在聚噻吩/聚苯乙烯磺酸分散系统中，颗粒与颗粒间的空间会存在多余不导电的中性聚苯乙烯磺酸，而降低导电高分子聚噻吩的整体导电度，因此有研究尝试改变聚噻吩的膜型态(film morphology)，以使不导电聚苯乙烯磺酸的影响降低。