[发明专利]一种以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系及其制备方法。该方法包括：将纤维素硫酸酯加入水中，得到纤维素硫酸酯水溶液，然后加入单体EDOT，得到混合液；往混合液中加入过硫酸铵和氯化铁进行聚合反应，得到以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系。本发明一方面提供了一种制备纤维素硫酸酯的方法，同时将纤维素硫酸酯代替PSS作为PEDOT的聚合模板，提出了一种新的PEDOT水分散体系。另一方面，制备的PEDOT:CS水分散液具有良好的体系稳定性、高PEDOT含量和导电性能，在电致变色、电磁屏蔽、超级电容器和电化学传感器等方向有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于导电高分子功能材料领域，主要涉及一种以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系及其制备方法。

背景技术

纤维素硫酸酯是指纤维素结构中的羟基部分或者完全被硫酸酯基取代的一类纤维素无机酸酯化衍生物，它兼有生物大分子和聚电解质的多重性质，因此，在工业、材料和生物医药领域有着广泛的应用。纤维素硫酸酯通过硫酸酯化反应制得，常见的酯化试剂为发烟硫酸、浓硫酸、三氧化硫和氯磺酸等。这些酯化试剂均为高腐蚀性、高挥发性、高毒性药品，对人体和环境有很大危害，开发一种较为环境友好的纤维素硫酸酯化反应方案具有重要意义。

导电聚合物由于其展现的优异电化学性能、环境稳定性好等特点引起了科学家们的广泛兴趣。3,4-二氧乙烯噻吩(EDOT)是一类重要的噻吩衍生物，其聚合物PEDOT具有其独特的优点，例如：电导率高，透明性好，性能优良，在电致变色材料、超级电容器电极材料、电磁屏蔽材料和传感器等方面有着广泛的应用前景。但是，难溶、难熔的特性极大限制了PEDOT在各个方面的应用。常见的解决办法是在水中加入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)作为模板，聚合EDOT单体，提高了PEDOT在水中的分散性，从而也使PEDOT:PSS的应用更加广泛。然而，PSS作为PEDOT的分散剂和稳定剂的同时，过多绝缘的PSS(PEDOT与PSS的质量比为1:2.5)的加入也会使得PEDOT体系的导电性下降(CN201811582485.4)。寻找能够制备高PEDOT含量以及维持分散液体系稳定性的分散剂是可行的解决方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系及其制备方法。

本发明的首要目的在于提供一种氨基磺酸作为酯化试剂，制备纤维素硫酸酯方法。

本发明另一目的在于提供一种将纤维素硫酸酯代替PSS为模板，制备PEDOT:CS水分散体系的方法。本发明提供的以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系是一种导电聚合物PEDOT:CS水性分散体系。

本发明以化学改性纤维素制得的纤维素硫酸酯(Cellulose sulfate,简写CS)为模板，在水体系中聚合3,4-二氧乙烯噻吩，制备PEDOT:CS水分散液。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系，其特征在于，结构式如下所示：

其中，R为H或者SO₃^-。

本发明提供的一种制备所述的以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系的方法，包括如下步骤：

(1)将纤维素硫酸酯加入去离子水中溶解，混合均匀，得到纤维素硫酸酯水溶液，然后加入单体EDOT，搅拌均匀(持续搅拌使单体均匀分散)，得到混合液；

(2)往步骤(1)所述混合液中加入过硫酸铵和氯化铁，在惰性气氛下进行聚合反应，得到所述以纤维素硫酸酯为模板的PEDOT:CS水分散体系。