[发明专利]一种高导电率聚苯胺水分散液及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高导电率聚苯胺水分散液及制备方法。

技术背景

聚苯胺(PANI)由于其链段的刚性和链间强的相互作用，致使其不溶不熔，这给导电聚苯胺的结构表征、结构-性能关系的研究及加工带来一定的困难，极大的限制了其在技术上的广泛应用。Y.Cao、Heeger以及Smith等人在Synth.Met.，1992，48，91和Synth.Met.，1993，57，3514中，首次报道了“反离子诱导加工性”，以有机酸RM-H⁺对PANI进行掺杂时，对离子RM^-悬挂在PANI链侧，可以起到接枝聚合物中支链的增容作用。考虑到水是一种价廉、无污染的物质，如果能用水代替有机溶剂制备水溶性导电聚苯胺，不仅有利于环境保护，还会带来更大的经济效益。近年来，随着环境保护意识的增强，聚苯胺的水性加工显得格外迫切。

王献红、耿延侯等人在美国专利5795942，中国专利97115977.7以及96122196.8中公开了一种制备了水溶性导电聚苯胺的方法，将对离子RM^-中的R官能团设计为带有长链亲水性基团乙氧基的酸性磷酸酯或磺酸酯，去掺杂本征态聚苯胺得到水溶性的导电聚苯胺。这种方法的特点是可以直接利用本征态聚苯胺，避免了原位聚合苯胺过程中合成条件苛刻、不易提纯等缺点，得到的导电聚苯胺水溶液成膜后其电导率达10^-9-10⁰S/cm。此外，由于磷酸酯掺杂剂本身的优良的增塑性，所成膜的柔韧性很好。但是，该导电膜耐水性较差，经水浸泡强度降低，同时电导率急剧下降，其环境稳定性限制了其应用。

发明内容

为提高水基导电聚苯胺的电导率与耐水性，本发明提出了用带有短链乙氧基的磷酸酯或磺酸酯作为掺杂剂去掺杂聚苯胺，制备出水分散性导电聚苯胺，聚苯胺在水溶液中达到纳米分散的水平。

本发明可通过短链酸性磷酸酯或磺酸酯作为聚苯胺粉末掺杂剂，以水、或水与醇溶液、或水与酮溶液为分散介质，在不需要添加任何助剂，不需要复杂工艺和设备的前提下，可以制备出一种纳米分散的水性导电聚苯氨液，通过室温浇铸成膜，可以很简便地得到高电导率的导电膜，导电率达到10⁰-10²S/cm。

本发明提供的一种高导电率聚苯胺水分散液的组成为：本征态聚苯胺、掺杂剂、水溶性高聚物或水、水与醇、水与酮共混溶液；

所述的本征态聚苯胺，其结构式为：

y在0与1之间，n＝1-500；

R₁，R₂，R₁’，R₂’分别为H、C_kH_2k+1或OC_kH_2k+1，其中，k＝0-20；

分散介质为水、水与醇溶液或水与酮溶液；其中，醇包括：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丁醇；酮包括：丙酮，丁酮或环己酮；

水与醇的体积比为：(100∶0)～(100∶40)；水与酮的体积比为：(100∶0)～(100∶40)；

水溶性高聚物为：聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲醛硅树脂、聚乙烯基甲醚、水性聚氨酯或水性环氧树脂；

掺杂剂为下面的结构式中的一种或几种的混合物：

其中，m＝1-6，R₁为C_xH_2x+1或CH₂＝CH(CH₂)_x，其中，x＝0-16；本征态聚苯胺与掺杂剂的摩尔比例为1∶0.3-1∶2。

本发明于提供一种高电导水分散型导电聚苯胺的制备方法如下：将上述各组分按配比充分混合，混合物充分搅拌后得到掺杂态聚苯胺水分散液。具体制备方法如下：

1)将上述各组分按配比充分混合，加热到30-90℃，电磁搅拌1-48小时；

2)再在放置玻璃珠或瓷球的容器中，振荡器振荡2-48小时；

3)用超声波处理0.5-48小时，得到一种高导电率聚苯胺水分散液。

导电聚苯胺水分散液可通过浇铸、喷涂、刷涂等方法制成导电薄膜。