[发明专利]聚噻吩/有机蒙脱土复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及聚噻吩/有机蒙脱土复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料领域。

背景技术

导电高分子复合材料因其优异的性能在能源，金属防腐，生物传感，二次电池和电容器等领域具有广泛的应用前景。典型的导电高分子如聚苯胺，聚吡咯和聚噻吩，目前研究最为深入的为聚苯胺，由于其加工性能较差，科研工作者把他们的目光转移到聚噻吩上面来。聚噻吩具有良好的溶解性，高电导率，良好的光学性和环境稳定性正逐渐成为导电高分子研究的热门领域。

随着社会的发展，单一的材料性能已难以满足人们的生产和生活，在这一趋势下，复合材料得到迅速的发展。噻吩同无机纳米材料的复合，不仅因为无机物的引入而改善其原有性能，而且因纳米效应及聚噻吩与无机物之间的协同作用，使得复合材料的性能优于单一组分性能的简单加和，甚至展示出新的功能。噻吩同无机纳米材料的复合主要有表现为两大类型：

（1）噻吩同纳米颗粒（如TiO₂，SiO₂和WO₃等粒子）形成核-壳结构，一般都是先让纳米粒子分散在溶液中，而后加入噻吩，引发聚合，形成噻吩包覆纳米颗粒的核-壳结构，复合材料同时具有无机纳米粒子的机械性能和噻吩的导电性能。

（2）噻吩同纳米管或片层（纳米管代表如多壁碳纳米管（MWNTs），纳米片层代表如蒙脱土（MMT））的复合，主要是利用纳米管的自组装性和纳米片层的受限空间，使复合材料表现为有序性，及噻吩在管或片上（内）排列较为规整，从而提高材料的导电性。

蒙脱土是具有层状结构的天然矿石，价格低廉，原料丰富，层间靠阳离子的弱静电力结合在一起，具有较强的离子交换能力，改性后的层间距会进一步扩大，有利于聚合单体的插入，进入后形成配位，单体难以脱除，且蒙脱土为二维层状结构，单体进入层间后，氧化剂可以继续进入并在层间引发聚合，蒙脱土本身又不参与噻吩的反应，使噻吩同蒙脱土达到分子层面的复合。这些较其他纳米粒子（管或片）具有无可替代的优势，使噻吩同蒙脱土的研究非常活跃。

传统的噻吩同蒙脱土的复合多为噻吩的衍生物，如乙撑二氧噻吩（EDOT），3-己基噻吩，3-十二基噻吩等，噻吩的衍生物较噻吩具有较好的溶解性，其研究较噻吩得到较大的关注，随着研究的深入，科研工作者发现，噻吩的取代衍生物由于取代基的引入增加了空间的位阻，也增加了聚合的难度，间接导致噻吩聚合时多表现为无序性，这又导致材料的电导率下降；另一方面噻吩的衍生物有些价格昂贵（如EDOT），且多在有机溶剂中同蒙脱土复合，这不仅使蒙脱土在水中的膨胀性失去作用，另一方面有机溶剂（多为氯仿等）有毒，对环境具有损害作用，也不利于生产，最重要的是反应后的氯仿，多为蒸发掉，且氯仿蒸发较为缓慢，对空气污染更为厉害，也对实验人员有危害。这些都限制了噻吩衍生物在有机溶剂中的进一步发展。

无取代的噻吩在大多数有机溶剂和水溶液中溶解性极差（基本不溶），多用乳化剂来进行反应，其在水溶液中催化剂的氧化活性低，转化率低，降低其电导率，故其在水溶液中研究较少。

金属防腐一直是全球工业行业面临的一大难题，每年钢铁腐蚀造成的损失难以估量。传统金属防腐涂料通常含有富锌，金属铬和铜，但这些金属防腐涂料在环境保护，资源和成本方面均有局限性，从而探索绿色，低成本的防腐涂料成为科研工作者新的努力的方向。自90年代以来，科研工作者发现，导电聚合物同金属一样具有导电性，且具有一定的防腐性能。随着研究的深入，发现单一的导电聚合物，对金属的结合性不是很好，较其复材料其防腐性也较差，且溶剂多为有机，对环境不好无法大规模推广。蒙脱土的片层结构对O₂和水（金属腐蚀的条件）有一定的阻隔作用，故导电聚合物与蒙脱土复合材料在防腐领域具有广阔的前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种无毒、具有良好导电性和热稳定性的的聚噻吩/有机蒙脱土复合材料及其制备方法和应用。

本发明聚噻吩/有机蒙脱土复合材料，由如下重量份的组分制备而成：