[发明专利]高电导率聚(3,4‑乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸分散液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚(3,4-乙撑二氧噻吩)的制备方法。更具体地说，本发明涉及一种高电导率聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸分散液的制备方法，属于导电聚合物技术领域。

背景技术

目前研究最为广泛的导电聚合物是聚苯胺类衍生物、聚噻吩类衍生物和聚吡咯类衍生物。其中，聚噻吩及其衍生物是导电高分子中能垒最低的化合物。聚(3,4-乙撑二氧噻吩)简称PEDOT，是一种新型的导电聚合物，最早是由德国拜耳公司的科学家们于20世纪80年代研制出来的，它是由单体3,4-乙撑二氧噻吩(简称EDOT)聚合后得到。在众多的导电聚合物中，PEDOT由于具有电导率高、可见光透过率高、机械柔韧性好、氧化态稳定性强、薄膜制备简单、绿色无毒等优势而受到广泛关注，但是本征态PEDOT特殊的共轭长链结构导致其不溶不熔，因而不能对其进行有效的加工，限制了它的应用。解决这个难题最直接有效的方法就是制备PEDOT分散液。

目前市面上应用最为广泛的一种水分散性导电聚合物就是德国拜耳公司已经商业化的聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(简称PEDOT/PSS)分散液，由该分散液制备的PEDOT/PSS薄膜具有电导率高、稳定性好、可见光透过性强等优点，被广泛应用于抗静电剂、超级电容器、有机发光二极管、有机太阳能电池等领域。但是用于制备PEDOT/PSS分散液的PSS来源于石油产业，而且价格较高，导致其制备成本也很高。木质素磺酸(简称LS)是一种天然可再生资源，目前主要是从酸法制浆造纸废液中的木质素磺酸盐经阳离子树脂交换或碱法制浆造纸废液中的碱木质素改性得到，价格低廉，采用LS分散和掺杂PEDOT制备的PEDOT/LS分散液在价格上将会比PEDOT/PSS分散液更有优势。专利CN102516784A虽然利用木质素磺酸制备了水分散性的PEDOT/LS导电复合物，解决了PEDOT难溶难熔导致加工困难的问题；但是这种PEDOT/LS分散液的电导率很低，只有10^-4S/cm左右，只能用作低端的抗静电剂使用，严重阻碍了其应用范围。因此，研究如何有效地提高PEDOT/LS分散液的电导率，制备高电导率的PEDOT/LS复合物，不仅对拓展PEDOT/LS分散液的应用范围有重要的作用；而且还可以促进木质素的高效化利用，既节约了资源降低了制备成本，又缓解了造纸废液排放带来的环境污染问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种高电导率聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸分散液的制备方法，其将麦草碱木质素进行接枝磺化改性制备了具有高分子量和高磺酸基含量的木质素磺酸，然后以这种木质素磺酸为分散剂和掺杂剂，制备一种电导率高、分散稳定性好、可加工性强的聚(3,4-乙撑二氧噻吩)的分散液，同时降低生产成本，节约资源，缓解造纸废液对环境的污染，具有经济环保双重效应。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高电导率聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸分散液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照质量比为2.8:1:1:1的比例称取木质素磺酸、3,4-乙撑二氧噻吩、乙二胺四乙酸二钠和三乙醇胺加入高纯水，配成固含量为2.5％的混合液，置于20℃水浴环境中，在6000rpm转速下搅拌30min，然后边搅拌边滴加氧化剂，继续搅拌反应24h，制得一次反应液；

步骤二：按照质量比为1.5:1:1:1的比例称取上述一次反应液、3,4-乙撑二氧噻吩、乙二胺四乙酸二钠和三乙醇胺加入高纯水，配成固含量为2％的混合液，置于5℃水浴环境中，在7000rpm转速下搅拌30min，然后边搅拌边滴加氧化剂，在6000rpm转速下搅拌反应30h，制得二次反应液；

步骤三：按照质量比为0.5:1:1:1的比例称取上述二次反应液、3,4-乙撑二氧噻吩、乙二胺四乙酸二钠和三乙醇胺加入高纯水，配成固含量为1.5％的混合液，重复步骤二中的反应过程，制得三次反应液；

步骤四：向上述三次反应液中加入亚硫酸钠搅拌反应3h，再加入阴离子树脂和阳离子树脂，继续搅拌24h，用100目的滤布抽滤，向滤液中添加质量比为2:1:1的乙二醇、硫酸二甲酯和二甲基亚砜，混匀，加热到55～65℃，同时用波长为365nm的紫外光辐照30min，再进行均质处理，均质压力为20～30MPa，均质次数为1～2次，冷却至室温即制得高电导率聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/木质素磺酸分散液；所述乙二醇、硫酸二甲酯和二甲基亚砜的总添加量为5～10wt％；

所述木质素磺酸的制备方法包括以下步骤：