[发明专利]制备传导聚合物的连续流动法

说明书

本公开涉及用于制备传导聚合物，例如聚苯胺的连续流动法。连续流动法可以在包括至少一个混合元件的温度受控的连续流动反应器内提供由乳液受控合成传导聚合物，该乳液包括流动的可聚合有机单体和自由基引发剂。本公开还涉及通过连续流动法制备的传导聚合物。

技术领域

本公开涉及用于制备传导聚合物的连续流动法，例如用于合成聚苯胺的连续流动法。本公开还涉及通过连续流动法制备的传导聚合物、包括该传导聚合物或由其制备的进一步产品。

背景技术

传导聚合物具有重要的商业价值，尽管由于包括溶解度和反应控制要求在内的各种问题，制备传导聚合物的方法的可扩展性仍然受到很大的限制。例如，聚苯胺是一种传导聚合物，由于其环境稳定性和工业应用范围而引起了极大的关注。聚苯胺在传导聚合物中是独特的，因为其传导性可以通过电化学(通过氧化/还原)或化学(通过质子化/去质子化)可逆地控制。聚苯胺的应用包括静电消散涂料、防腐涂料、电致变色涂料和化学传感器。

聚苯胺的合成通常通过在水溶液中化学氧化聚合来进行。该方法涉及将水、苯胺、质子酸和氧化剂结合在一起，并允许混合物反应，同时将反应混合物保持在低温(通常约为5℃)下的间歇反应。通过这种方式合成的材料主要是无定形的、难处理的并且不溶于大多数有机溶剂。有机可溶的聚苯胺也可以在丁基CELLOSOLVE^TM/水中与有机可溶的掺杂剂(例如二壬基萘磺酸)在分批乳液聚合法中合成。尽管可以获得适当分子量的聚合物，但乳液聚合反应放热大，需要仔细控制以减少低分子量副产物的形成。分批乳液聚合过程中的氧化反应有问题地引起放热温度峰值(spike)，其导致制得的聚苯胺中的分子量和电导率降低，同时增加杂质，例如低分子量低聚物。分批乳液聚合方法还遭受工业应用的可扩展性困扰。然而，鉴于不良的反应性能和在形成传导聚合物中的控制问题，已经避免了制备传导聚合物的工业方法。因此，分批乳液聚合方法受到广泛的欢迎，特别是对于制备聚苯胺而言。

因此，有需要开发可用于制备和合成各种传导聚合物(包括聚苯胺)的工业上可扩展的替代商业方法。

发明内容

本发明人已经鉴定了涉及连续流动法的制备各种传导聚合物的可选方法。

连续流动法包括在温度受控的连续流动反应器中提供可聚合有机单体、质子酸和自由基引发剂的乳液。反应器可包括至少一个混合元件。可以控制温度以有效地合成传导聚合物或其盐以提供包含传导聚合物或其盐的产物流。连续流动法可包括连续流动反应器，例如连续流动管式反应器，该连续流动反应器包括流体连通的一个或多个通道，用于携带反应物和产物流。根据本文所述的至少一些实例的本发明的连续流动法可提供以下中的任何一种或多种：对试剂比的精确可变控制以控制最终产物的分子量、溶解度和热稳定性，聚合后添加掺杂剂以增强传导性，增加的有机单体浓度的使用，更好的可扩展性和工业加工性，和/或在加工过程中对温度的改进的控制，这可以防止或减少不希望的温度波动，该波动可能导致引入产物流中的杂质或不希望的副产物。

连续流动法还可包括在有机溶剂中提供包含可聚合有机单体的有机流的连续流动。可以将有机流与一种或多种其他流混合以引发有机单体的聚合。例如，可以将包含自由基引发剂的氧化剂流与包含苯胺单体的有机流混合，以引发苯胺单体的聚合以形成聚苯胺。可以在连续流动法期间将可聚合有机单体原位转化成有机溶剂可溶性盐，然后其再与自由基引发剂聚合成传导聚合物，例如更容易加工的有机可溶性聚合物盐。

在一个方面，提供了一种用于受控合成传导聚合物或其盐的连续流动法，其包括在有效合成传导合物或其盐从而提供包括传导聚合物或其盐的产物流的温度下，在温度受控的连续流动反应器中提供可聚合有机单体、任选地质子酸和自由基引发剂的乳液，该温度受控的连续流动反应器包括至少一个混合元件。