[发明专利]导电聚合物水性分散液及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电聚合物水性分散液及其制备方法和用途。

背景技术

导电聚合物近年来成为功能材料领域的研究热点。导电聚合物具有电导率宽范围内可逆可调(10^-9～10⁵S/cm)、分子结构可控、易于多功能化等特点，在有机电致发光器件、电致变色器件、电子纸、塑料存储器、太阳能电池、电解电容器和传感器等高新科技领域有着诱人的应用前景；同时它们还在防静电材料、电磁屏蔽、吸波材料、防腐蚀材料和导电纤维等领域获得广泛应用。但导电聚合物在众多常用溶剂中的不溶解是影响其应用及开发的关键因素之一，因此，获得可溶性的导电聚合物是该领域所亟需解决的重要问题。

目前，可溶性导电聚合物可通过结构修饰(取代、接枝或共聚)、乳液聚合或功能性掺杂等多种方法来进行制备。其中，功能性掺杂是利用可溶性掺杂剂获得可溶性导电聚合物，该方法有效、廉价、简单，适合大规模制备。聚对苯乙烯磺酸及其水溶性盐类是一种毒性低、水溶性好的乳化剂，当其用作导电聚合物的掺杂剂时，可制备出导电聚合物水性分散液。例如，聚(3，4-乙撑二氧噻吩)/聚对苯乙烯磺酸水性分散液(简称PEDOT/PSS)已经由德国Bayer公司率先推出商业品，但目前其电导率较低，最高只到1S/cm，严重影响到其应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种高电导率导电聚合物水性分散液及其制备方法，该方法所得到的导电聚合物水性分散液成膜后的电导率高，且透明性和耐热性好，该方法简单有效，成本低廉，易于工业化生产。

本发明的另一目的在于本发明得到的导电聚合物水性分散液，可用于电子器件的电极材料、电致发光或电致变色材料、防静电材料、电磁屏蔽、吸波材料、防腐蚀材料以及导电纤维的制备。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的导电聚合物水性分散液，其由蒸馏水、分散于所述蒸馏水中的分散相A和后处理剂B组成；

所述蒸馏水与分散相A及后处理剂B重量份配比＝69-20∶30-70∶1-10；

所述分散相A为导电聚合物单体与氧化剂和掺杂剂发生聚合反应所生成的聚合物；所述分散相A中的导电聚合物单体与氧化剂及掺杂剂的摩尔配比为1∶2-7.5∶10-20；

所述导电聚合物单体为聚3，4-乙撑二氧噻吩、苯胺单体或吡咯单体；

所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸铵或三氯化铁；或为由过硫酸钠与三氯化铁组成的混合物；或为由过硫酸铵与硫酸铁组成的混合物；

所述掺杂剂为聚对苯乙烯磺酸或为聚对苯乙烯磺酸的水溶性盐；

所述后处理剂为四氟硼酸-1-乙基-3-甲基咪唑、对甲苯磺酸钠、对甲苯磺酸铁、1-乙基-3-甲基咪唑氢碘酸盐、对甲苯磺酸或1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐。

本发明提供的导电聚合物水性分散液的制备方法，其步骤如下：

1)在-20℃至50℃，将分散相A加入至蒸馏水中，搅拌下反应12h-48h；之后停止搅拌反应，静置，倾倒出上层清液；

所述分散相A为导电聚合物单体与氧化剂和掺杂剂发生聚合反应所生成的聚合物；所述分散相A中的导电聚合物单体与氧化剂及掺杂剂的摩尔配比为1；2-7.5∶10-20；

所述导电聚合物单体为3，4-乙撑二氧噻吩、苯胺单体或吡咯单体；

所述氧化剂为过硫酸钠、过硫酸铵或三氯化铁；或为由过硫酸钠与三氯化铁组成的混合物；或为由过硫酸铵与硫酸铁组成的混合物；

所述掺杂剂为聚对苯乙烯磺酸或为聚对苯乙烯磺酸的水溶性盐；

2)再向体系中加入后处理剂，继续在搅拌下反应，反应完全后，过滤，得到高电导率导电聚合物水性分散液；

所述蒸馏水与分散相A及后处理剂B重量份配比＝69-20∶30-70∶1-10。

本发明提供的导电聚合物水性分散液的用途，其可通过旋转喷涂或涂抹用于制备导电薄膜。

本发明提供的导电聚合物水性分散液的用途，其可与高分子材料溶液混合用作导电材料的添加剂。

本发明提供的导电聚合物水性分散液的用途，其可用于制备电子器件材料、电致发光材料、电致变色材料、防静电材料、电磁屏蔽材料、吸波材料、防腐蚀材料或导电纤维材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明提供的导电聚合物水性分散液，通过简单的后处理，大大提高了成膜后的电导率，且成膜性能优良；

2.本发明所提供的导电聚合物水性分散液，其成膜后的电导率可以通过控制反应中掺杂剂、氧化剂和单体的比例，以及调节聚合反应温度等条件，来调节材料的导电性，以满足不同技术应用的需求；