[发明专利]侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高介电材料技术领域，具体涉及一种侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物材料及其制备方法。 

背景技术

高介电材料是一种具有广阔应用前景的绝缘材料，由于它有着很好的储存电能和均匀电场的性能，因而在电子、电机和电缆行业中都有非常重要的应用。随着电子、信息和电力工业的飞速发展，迫切需求电容器器件向高储能、小型化和低能耗的方向发展。对电容器而言，为了获得小型轻型化、高储能密度的电容器，则必须采用密度小、介电常数高的电介质材料作为电容电介质。因此，研制新型的具有高介电常数的电介质材料有着重大的实用价值和意义。 

高介电材料一直是电子、信息和电机行业最热门的研究课题之一。然而，单一组分的高介电材料很难满足目前的工业要求。单一的陶瓷材料虽然具有较高的介电常数，但是其加工温度较高(一般超过1000℃)，加工成本较高，且材料本身较脆机械性能差，而单一的聚合物虽然机械性能较好但是介电常数较低(一般小于10)也不能满足需求，因而设计开发新型聚合物基复合高介电材料是时代的迫切需要。简单的物理共混的方法虽然有很多优点，实现单相组分的优势互补，较好的柔韧性等，但是不可避免的存在相分离等问题。我们采用的化学键复合的方法把导电填料引入到聚合物的侧链上，可以较好地改善填料的团聚等问题，从而提高了聚合物的介电常数，这是一种非常有效的简单易行的方法。 

发明内容

本发明的目的是通过化学合成的方法把聚苯胺链段引入到聚合物的侧链中，制备了一系列侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物。 

我们采用自由基聚合的合成方法解决了简单的物理共混方法带来的填料和聚合物基质之间存在的相分离问题，从而提高了材料的介电常数。以甲苯为溶剂，苯乙烯和苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺为自由基聚合反应的单体，通过调节聚合单体的质量比可以制备出一系列含有不同聚苯胺质量分数的共聚物，从而得到了具有不同介电常数的一系列共聚物。该方法简单易行，操作简单。 

本发明所述的侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物，其结构式如下所示： 

其中，m、x、y为正整数。 

其合成路线如下所示： 

侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物的制备方法，其包括如下步骤： 

A.将0.01～0.08mol的苯乙烯磺酸钠和0.84～6.68mL、质量分数37％的盐酸水溶液加入到20～160mL的水中搅拌1～3小时，加入0.01～0.08mol苯胺单体，0℃条件下向上述溶液中滴加含有0.01～0.08mol过硫酸铵的20～160mL的水溶液，滴加完毕后继续反应4～8h，反应结束直接抽滤，滤饼用水洗到中性为止，再用丙酮洗至丙酮无色，真空(真空度为0.1MPa)45～60℃干燥24～48h，得到苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺； 

B.将苯乙烯单体和苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺混合后配成浓度为1.0～1.5g/mL的甲苯溶液，其中，苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺占苯乙烯单体和苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺混合物的质量分数为2～40％，超声分散15～30min，再加入苯乙烯单体摩尔数1.2％～3％的偶氮二异丁腈引发剂，氩气除氧15～30min后，油浴65～85℃聚合6～10h，然后除去溶剂干燥即得到侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物。 

将得到的共聚物配置成质量分数为10％～15％的四氢呋喃溶液，到完全溶解后把溶液倾到在干净水平的导电玻璃上，室温干燥36～60小时后再于40～50℃干燥8～12h即得到共聚物薄膜。 

先测出共聚物膜的厚度，然后在共聚物表面涂上银胶电极，进而进行介电常数的测试。 

本发明通过化学聚合方法制备的侧链含有聚苯胺链段的全有机高介电共聚物，不仅在低频率170Hz时，具有非常高的介电常数，当在苯乙烯单体中苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺质量分数为35％时，介电常数为3070，差不多是普通聚合物的1000倍左右；而且在较高的频率1MHz下仍然具有高的介电常数，苯乙烯磺酸掺杂的聚苯胺质量分数为35％时，介电常数为220，并且共聚物有非常好的溶解性，如在四氢呋喃，N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)，N，N’-二甲基乙酰胺(DMAC)等溶剂，是一种新型的全有机高介电材料。本发明的制备方法工艺简单，可操控性强。此发明具有很高的科学价值和实用价值，具有广阔的应用前景。 

附图说明