[发明专利]一种可溶性有机高分子导电材料及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及功能高分子材料，具体地说，是一类有机导电高分子材料。

背景技术

导电聚合物功能材料是高技术领域中的重要研究课题。除了具有共轭结构的少数高分子(聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其衍生物等)，其余高分子都是电的不良导体。而目前已知的几类导电高分子都普遍存在难于加工的瓶颈，因此，聚合物导电复合功能材料的制备技术至关重要，已成为导电材料研究和应用的关键。目前，最传统的方法是将金属单质及其化合物或导电非金属粒子(如石墨)等采用共混方式添加到聚合物中来制备导电聚合物复合材料。由于无机固体颗粒和聚合物相容性差而使得无机固体颗粒分散困难，造成材料在使用过程中应力易集中，牺牲了基体材料的许多好的性能，其实际应用也受到很大限制。

在导电聚合物功能材料的研究中，导电纤维的开发正日益成为研究中的热点。采用将聚吡咯、聚苯胺等在涤纶、尼龙、氨纶及腈纶等纤维上直接聚合，可获得一定导电能力的复合纤维，但由于这些复合导电纤维的本质是表面的导电聚合颗粒在起作用，而颗粒与纤维基体结合通常是通过非共价键的静电作用或氢键相互作用，因此，这些复合导电纤维开始可能具有较好的电导性，但其表面导电聚合物颗粒在外力作用(如洗涤，雨淋)下很容易脱落，因此，随着时间的推移，它们将丧失抗静电和导电性。由此，实际应用同样受到很大限制。(参见：1.抗静电纤维和导电纤维的研究与发展，韩飞，广东化纤，2002，3，28-36；2.聚吡咯/尼龙6复合导电纤维的研制，白剑芸、杨庆、沈新元，合成技术及应用.2005，20(4)：28-35；3.聚吡咯-尼龙6复合导电纤维的研制，罗洁、李瑞霞、吴大诚，人造纤维，2000，30(2)：1-4；4.聚苯胺/聚酰胺导电初生纤维形态结构的研究，张清华、金惠芬、陈大俊，合成纤维工业，2002，25(6)：6-8；5.聚苯胺/聚丙烯腈导电纤维的结构与性能，潘玮、赵金安，纺织学报，2006，27(10)：32-34)

发明内容

本发明的目的是采用简单的方法在聚丙烯腈大分子主链骨架上接枝导电高分子链段，开发能在有机溶剂中溶解、具有良好导电性、成膜性、抽丝性能及成型加工性能的聚丙烯腈接枝导电高分子功能材料。在保持材料原有力学性能的基础上，为吸湿性差、静电现象严重的聚丙烯腈材料提供稳定的高电导率和抗静电能力。

本发明的技术方案如下：

一种可溶性有机高分子导电材料，它是在聚丙烯腈聚合物的大分子主链上接枝导电聚合物链段而形成的能在有机溶剂中溶解、具有良好导电性、成膜性、抽丝性能及成型加工性能的聚丙烯腈接枝导电高分子功能材料。

上述的可溶性有机高分子导电材料，所述的聚丙烯腈聚合物为分子量为2.2～7.7万的聚丙烯腈纤维。

上述的可溶性有机高分子导电材料，所述的导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺或聚3，4-乙撑二氧噻吩。

一种制备上述可溶性有机高分子导电材料的方法，它是以聚丙烯腈纤维作为原料，将其溶解在非质子极性有机溶剂如N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)或二甲亚砜(DMSO)中，配成一定浓度的聚合物溶液(0.01～0.025g/ml)，将吡咯、苯胺或3，4-乙撑二氧噻吩单体加入至上述溶液中，加入的量为每克聚丙烯腈纤维加入单体4-20毫摩尔，用盐酸调节pH至酸性(pH＝0～3)，以三氯化铁或过硫酸铵为氧化剂，室温反应，制得聚丙烯腈接枝导电高分子溶液，依据用途，可除去溶剂制成导电膜、棒或纤维，即得到本发明的有机高分子导电材料。

本发明的有机高分子导电材料制备简易，由于导电聚合物和聚丙烯腈材料是分子水平上的接枝，两者作用力属化学键合，故所得材料有稳定的高导电率和抗静电能力。它的电导率达到3×10^-1～1×10^-5S/cm，比未接枝时提高了4～9个数量级，拉伸应力：28.1～31.3Mpa，为未接枝的89.3～99.3％；拉伸应变：16.1～21.1％，为未接枝的72.19～94.61％；杨氏模量：1278.3～1878.4Mpa，为未接枝的101.60～149.40％。此外，依据材料用途方式，可给予材料不同形状(膜，棒或纤维等)。经蒸馏水洗涤50次电导率不发生变化；经奥妙、汰渍洗衣粉、阴离子表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠、阳离子表面表面活性剂如十二烷基三甲基溴化铵及非离子表面表面活性剂如聚氧化乙烯洗涤后，由于脱掺杂的影响电导率虽有3～20倍的下降，但经稀无机酸或有机酸浸泡掺杂后仍可很快恢复。

具体实施方式