CN106700069A - 一种透明导电高聚物制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明导电高聚物，其含有聚苯胺、聚吡咯和硅酸盐。本发明的组合物中，聚苯胺、聚吡咯、硅酸盐的质量比为0.1-1:0.1-1:1，且硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂、硅酸铜，或它们的组合。本发明还涉及制备透明导电高聚物的方法，即为以硅酸盐为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行电化学聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导电高聚物。由本发明方法制备的透明导电高聚物具有导静电性能持久、环保性能优异、综合性能突出、生产成本低的优点。本发明还涉及其透明导电高聚物在包装材料和乳液等领域中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种透明导电高聚物，应用于包装材料和乳液防护等领域。
背景技术
导电聚合物，尤其是聚苯胺和聚吡咯，具有合成方便、导电性高、赝电容储能特性优良等特点，因此被广泛用于电容器、电磁波屏蔽、导静电等多个领域。一般来说，材料的性能与其自身结构和形貌密切相关。聚苯胺和聚吡咯已被广泛应用于静电耗散材料，但目前的导电聚合物大多数为单一的聚苯胺或聚吡咯，而聚吡咯的导电性能优于聚苯胺，聚苯胺的比电容高于聚吡咯，所以存在将二者优点结合的需求。
导静电组合物加入基体中后可引成导静电，避免静电累积可能引起的危险，例如起火爆炸等，具有防护安全的作用。在制备含有聚苯胺和/或聚吡咯的导静电组合物时，需要使用模版材料。与人工合成纤维相比，天然棒状或纤维状硅酸盐粘土具有储量丰富，原料易得，价格低廉等优点。以硅酸盐粘土为模板制备聚苯胺/聚吡咯复合材料具有明显优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透明导电高聚物，其具有导静电性能永久、生产成本低等优点。
本发明的另一目的在于提供一种透明导电高聚物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种透明导电高聚物在包装材料和乳液中的应用。
本发明要求保护一种透明导电高聚物，其特征在于含有聚苯胺、聚吡咯和硅酸盐。
作为优选，基于聚合形态的聚苯胺和聚吡咯，聚苯胺、聚吡咯、硅酸盐的质量比为0.1-1:0.1-1:1，进一步优选为0.3-1:0.1-0.5:1，再优选为0.5-0.7:0.2-0.5:1。
作为优选，其中硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂、硅酸铜，或它们的组合。
本发明还要求保护一种透明导电高聚物的制备方法，具体为以硅酸盐为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导电高聚物。
作为优选，其中聚合反应方式为电化学聚合反应。
作为优选，基于聚合形态的聚苯胺和聚吡咯，聚苯胺、聚吡咯、硅酸盐的质量比为0.1-1:0.1-1:1，进一步优选为0.3-1:0.1-0.5:1，再优选为0.5-0.7:0.2-0.5:1。
作为优选，其中硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂、硅酸铜，或它们的组合。
在本发明的透明导电高聚物中，在聚合物加入导电电子材料，进而改变现有共轭π键电子的能级差，出现能量居中充满能带，减小能带间的能量差，使得自由基电子或空穴移动的阻力减小，控制电子的相对迁移网状结构转入导电机理，因而得到导电能力大大提高的组合物。
电子如果要在共扼π键电子体系中自由移动，首先要克服满带与空带之间的能级差，因为满带与空带在分子结构中是互相间隔的。严格考虑到每个CH自由基结构单元p电子轨道中只有一个电子，而根据分子轨道实际结合，一个分子轨道中只有填充两个自旋方向相反的电子才能处于稳定态。每个P电子占据—个π轨道构成线性共轭电子体系的要求.促进一个充满能带，是稳定态。尤其是组成双原子使电子占据其中一个分子轨道，而另一个成为空轨道。由于空轨道和占有轨道的能级差不同，原有p原子形成的能带分成两个亚带，一个为全充满能带，构成价带，另一个为空带，构成导带，能级差的大小决定了共轭型聚合物导电性能的高低。这种能级差的存在决定了得到的不是导体，而是半导体的一种透明导电高聚物，基于以上机理，本发明的有益效果是：
1.本发明充分利用了聚吡咯优异导电性和聚苯胺高比电容特性，制备了一种具有优异的综合电性能的聚苯胺/聚吡咯复合材料及包含其的导电高聚物。本发明通过制备的组合物弥补了单一聚苯胺或聚吡咯的不足，提高综合性能。
2.本发明选用具有储量丰富、国产化原料易得、价格低廉等优点的硅酸盐粘土作为模板，无需刻意人工合成，大大降低了生产成本。
3.本发明组合物符合我国《电子产品防静电包装技术要求》标准的最新版本内容和可靠性规范文件的要求，具体包括：
GB/T 15463静电安全术语
GB/T 26572电子电气产品中限用物质的限量要求
GB/T 26125电子电气产品六种限用物质(铅汞镉六价铬多溴联苯和多溴二苯醚)的测定
SJ/T 10694电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范
IEC 61340-5-3静电放电敏感产品包装的特性和要求。
本发明的透明导电高聚物可应用于包装耗材和乳液中。例如应用于电子产品、酒业、医疗器材的透明包装静电耗材材料，超薄型液晶显示器，等离子显示器，透明类聚合物材料，如PET、PS、PC、PA6、PMMA、AS、TPE、EVA、TPU、ABS，PE、PP等的抗静电包装。还可应用于静电洗发乳液、静电化妆品乳液、静电玻璃水等，本发明的抗静电组合物导电高效、透明、无卤无毒，适用于人体静电放电用品。还可应用于涉及纺织业的防静电领域，如尼龙拉丝、PET拉丝、乙烯拉丝等应用于服饰的生活用品，能有效控制永久性静电，延续产品使用效率和稳健提高产业化经济效益及社会效益，同时保护人体安全，促进人类健康发展。
具体实施方式
下面结合实施例和比较例对本发明作进一步描述，但不限制本发明的范围。
实施例1
以1Kg硅酸钠为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行电化学聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导高聚物。通过控制单体原料的加入量，使得组合物中聚苯胺为0.5Kg，聚吡咯为0.5Kg。
实施例2
以1Kg硅酸锂为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行电化学聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导电高聚物。通过控制单体原料的加入量，使得组合物中聚苯胺为0.6Kg，聚吡咯为0.4Kg。
实施例3
以1Kg硅酸铜为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行电化学聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导高聚物。通过控制单体原料的加入量，使得组合物中聚苯胺为0.7Kg，聚吡咯为0.4Kg。
对比例1
以1Kg硅酸钠为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行电化学聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导电高聚物。通过控制单体原料的加入量，使得组合物中聚苯胺为1.1Kg，聚吡咯为0.05Kg。
对比例2
以1Kg硅酸钠为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行电化学聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导电高聚物。通过控制单体原料的加入量，使得组合物中聚苯胺为0.05Kg，聚吡咯为1.1Kg。
导静电性能：
测试各个实施例和对比例所得组合物的体积电阻，依据SJ/T 10694-2006，使用仪器为TES1360数字温湿度计、ZC-90B数字兆欧表、标准电极，条件为温度22.0℃，湿度45.8％，技术要求为＜1×106Ω，测试结果如表1所示：
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 体积电阻/Ω | 1.08×103 | 1.50×103 | 1.45×103 | 1.10×106 | 1.12×106 |
| 结论 | 合格 | 合格 | 合格 | 不合格 | 不合格 |
从表1可以看出，本发明的透明导电高聚物具有更好的永久导静电性能，进一步提高了含有聚苯胺/聚吡咯复合材料的导电高聚物的综合性能。
环保性能：
对实施例1的组合物进行环保性能测试，具体内容如下：
检测要求：检测样品中的铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、铬(Cr)、溴(Br)的总含量
检测标准：按照ROHS指令2011/65/EU修正及其修正指令
检测设备：天瑞EDX1800塑料专用光谱仪
环境温度：室内25摄氏度
相对湿度：室内相对湿度60％
入电压：光谱仪专用稳压不间断UPS供电系统
检测结果如表2和表3所示：
表2
| 检测项目 | 检测方法 | 检出限值 |
| 铅(Cd) | X荧光光谱仪 | 2mg/kg |
| 镉(Pb) | X荧光光谱仪 | 2mg/kg |
| 汞(Hg) | X荧光光谱仪 | 2mg/kg |
| 铬(Cr) | X荧光光谱仪 | 2mg/kg |
| 溴(Br) | X荧光光谱仪 | 5mg/kg |
表3
其中X荧光只是对样品做表面分析，ND代表未检出(＜MDL)，MDL＝方法检测限值，1ppm＝1mg/kg。
由上述测试结果可知，本申请的组合物符合环保要求。
Claims (10)
1.一种透明导电高聚物，其特征在于含有聚苯胺、聚吡咯和硅酸盐，基于聚合形态的聚苯胺和聚吡咯，聚苯胺、聚吡咯、硅酸盐的质量比为0.1-1:0.1-1:1。
2.根据权利要求1的透明导电高聚物，其特征在于，聚苯胺、聚吡咯、硅酸盐的质量比为0.3-1:0.1-0.5:1。
3.根据权利要求2的透明导电高聚物，其特征在于，聚苯胺、聚吡咯、硅酸盐的质量比为0.5-0.7:0.2-0.5:1。
4.根据权利要求1-3任一项的透明导电高聚物，其特征在于，其中硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂、硅酸铜，或它们的组合。
5.根据权利要求1-4之一的透明导电高聚物的制备方法，其特征在于，以硅酸盐为模版，掺杂苯胺和吡咯单体进行聚合反应，形成聚苯胺/聚吡咯复合材料，进而形成透明导电高聚物。
6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，其中聚合反应方式为电化学聚合反应。
7.根据权利要求5-6中任一项的制备方法，其特征在于，其中硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂、硅酸铜，或它们的组合。
8.根据权利要求1-4任一项的透明导电高聚物在包装材料和乳液中的应用。
9.根据权利要求8的应用，其中包装材料为透明聚合物材料，如PET、PS、PC、PMMA、AS、TPE、EVA、TPU、ABS，PE。
10.根据权利要求8的应用，其中乳液为静电洗发乳液、静电化妆品乳液、静电玻璃水。
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| CN201510505018.1A CN106700069A (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 一种透明导电高聚物制备方法及其应用 |
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| CN (1) | CN106700069A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102964831A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-13 | 兰州理工大学 | 聚苯胺@聚吡咯导电复合材料的制备方法 |
| CN103224704A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-31 | 常州纳欧新材料科技有限公司 | 一种聚苯胺/聚吡咯二元复合纳米管的制备方法 |
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2015
- 2015-08-17 CN CN201510505018.1A patent/CN106700069A/zh active Pending
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| CN103224704A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-31 | 常州纳欧新材料科技有限公司 | 一种聚苯胺/聚吡咯二元复合纳米管的制备方法 |
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