[发明专利]一种水溶性PEDOT‑PSS分散液及其均相聚合制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电高分子功能材料领域。更具体地，涉及一种水溶性PEDOT-PSS分散液的均相聚合制备方法。

背景技术

近些年来，导电聚合物以其优异的电学、光学特性受到很大关注，其中最引人注意的是聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯三大类导电聚合物。其中，聚噻吩的衍生物聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)以其高电导率、高透光率、优良的热稳定性和化学稳定性最为引人注意，但PEDOT具有不溶不熔的特点，直接限制了其应用。

US 2009/02947735公开了一种有机溶剂体系的导电聚合物溶液，包括聚噻吩等含有π共轭结构的导电聚合物、含有至少一个阴离子基团或吸电子基团的水溶性高分子、铵盐等相转变催化剂、树脂、苯等有机溶剂，但是该分散液仅以有机溶剂作为分散介质，含有大量挥发性有机化合物，其应用范围受到大幅限制。

CN 103937170A公开了一种PEDOT-PSS分散液及其制备方法，发明具体为一种以磺酸型共轭聚电解质为模板制备PEDOT-PSS水分散体系，但该水分散体系中PEDOT-PSS胶粒的分散性较差，容易沉降，形成的涂层粗糙度和雾度较大，限制了其在光学薄膜领域的应用。

目前，已经公开的制备PEDOT-PSS分散液的各种方法中，绝大多数都选用或优先选用水作为反应溶剂，例如US 005300575 A公开了一系类聚噻吩分散液的制备方法，均选用水作为反应溶剂，同时分散EDOT、聚苯乙烯磺酸钠、氧化剂以及催化剂并完成反应；CN 102731923 A公开了一种高电导率PEDOT-PSS溶液的制备方法，该方法以水作为反应溶剂，形成了乳白色分散体系进行反应。实验证明，仅以水作为反应溶剂，很难大量分散EDOT，最终只能形成乳白色分散液进行氧化聚合反应，导致大量难溶于水的颗粒生成，形成的PEDOT-PSS薄膜表面粗糙，给实际应用带来诸多不利。

由于单体EDOT难以大量在水中稳定分散，因此以水作为溶剂制备电导率高且分散性优良的PEDOT-PSS分散液难度较大，随着PEDOT-PSS分散液的应用范围不断扩大，现如今制备既具有水溶性又具有优良电性能的PEDOT-PSS分散液显得更加重要。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种水溶性PEDOT-PSS分散液，该分散液具有优良的分散性、较好的电性能和成膜性能，可应用于柔性透明电极材料、抗静电材料以及电致变色材料等领域。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种水溶性PEDOT-PSS分散液的均相聚合制备方法，该方法以去离子水和某些有机溶剂的混合物作为反应体系的溶剂，使得油溶性单体EDOT和水溶性高分子聚苯乙烯磺酸钠都可以溶解于反应体系，形成透明溶液，发生均相聚合反应。聚合反应结束后，反应所得混合物经渗析等后处理除去无机盐、有机溶剂等，得到水溶性PEDOT-PSS分散液。该制备方法简单易行，适合工业化生产。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种水溶性PEDOT-PSS分散液，所述水溶性PEDOT-PSS分散液中，PEDOT-PSS的含量为1.0wt％-5.0wt％，余量为水；PEDOT-PSS胶粒的粒径≤1000nm，其形成的薄膜干燥后，雾度≤0.5％，室温电导率≥10^-2S·cm^-1。

为解决第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种水溶性PEDOT-PSS分散液的均相聚合制备方法，该方法包括以下步骤：

a)制备聚苯乙烯磺酸溶液：

称取有机溶剂和去离子水，形成混合溶剂，向混合溶剂中加入聚苯乙烯磺酸钠，搅拌并调节pH值，得到聚苯乙烯磺酸溶液；

b)加入EDOT单体：

将EDOT加入到步骤a)制备的聚苯乙烯磺酸溶液中，搅拌得到聚苯乙烯磺酸、EDOT的透明溶液；

c)加入氧化剂：

将氧化剂加入到步骤b)形成的透明溶液中，得到含有氧化剂、聚苯乙烯磺酸和EDOT的透明溶液；

d)加入催化剂：

将催化剂加入到步骤c)形成的透明溶液中，形成均相聚合反应体系，搅拌得到深蓝色混合液；