CN106757786A - 一种聚苯胺导电膜及其制备方法 - Google Patents

一种聚苯胺导电膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚苯胺导电膜及其制备方法，属于高分子导电材料领域，提高高导电率，力学性能好的聚苯胺导电材料，所述的聚苯胺导电膜由聚苯胺接枝共聚物，所述的接枝共聚物的主链为聚乙烯基吡啶烷酮高分子链，所述的支链为含有苯胺重复单元的高分子链。

Description

一种聚苯胺导电膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电膜，具体来讲是一种聚苯胺导电膜及其制备方法。
背景技术
聚合物一直被认为是绝缘体,但是自从美国宾夕法尼亚大学的化学家领导的研究小组首次发现掺杂后的聚乙炔具有类似金属的导电性以后,人们对共辘聚合物的结构和认识不断深入和提高,逐渐产生了导电高分子这门新兴学科川。在随后的研究中逐步发现了聚毗咯、聚对苯撑、聚苯硫醚、聚唆吩、聚对苯撑乙烯撑、聚苯胺等导电高分子。在众多的导电高分子材料中,聚苯胺,简称由于原料便宜,合成简便,结构多样化、在空气中稳定以及特殊的掺杂机制,较高的电导和潜在的溶液、熔融加工可能性,易成膜且膜柔软、坚韧等优点,而成为导电高聚物领域的研究热点。上述聚苯胺的独特的性能,使它在技术上显示了极大的应用前景。可逆的电化学活性、较高的室温电导率、大的比表面积和稳定性好等特点,使它在二次电池上有重要的应用言事实上,聚苯胺二次钮扣电池的研制成功是导电高聚物在二次电池上实现应用最成功的例子。聚苯胺的电致变色效应可作为很好的电致变色器。它将在军事伪装和节能涂料等方面有着诱人的前景。此外,聚苯胺在抗静电、电磁屏蔽、场效应晶体管、印刷术等领域也具有极广泛的应用前景。但是由于聚苯胺链的强刚性和链间的强的相互作用使它的溶解性极差,相应地可加工性也差,限制了它在技术上的广泛应用。因而,改善聚苯胺的可溶性和可加工性已成为国内外研究者们非常关注的课题。经过科学家的努力,近几年来,聚苯胺的可溶性问题已取得了很大的进展。年,等发现中性聚苯胺可溶于一甲基毗咯烷酮伽中,在此溶液中可以将高聚物制成薄膜或纺丝。曹铺等人用有机酸掺杂,使掺杂态溶解于一般有机溶剂中。目前,科学家通过结构修饰衍生物、接枝、共聚,掺杂诱导例如大尺寸对阴离子掺杂诱导,乳液聚合和化学复合等方法获得可溶性导电聚苯胺。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种力学性能好，导电率高、使用寿命长的聚苯胺导电膜，具体的方案如下：
本发明公开了一种聚苯胺导电膜，其特征在于，所述的聚苯胺导电膜由聚苯胺接枝共聚物，所述的接枝共聚物的主链为聚乙烯基吡啶烷酮高分子链，所述的支链为含有苯胺重复单元的高分子链。
其中，所述的含有苯胺重复单元的高分子链的重复数位于10-1000。
聚苯胺导电膜的制备方法可以按照如下步骤：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，采用物理方法使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液；
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为0.1-10；
步骤C：将步骤B后的溶液采用物理方法进行搅拌；
步骤D：向步骤C的混合物加入酸溶液，使得溶液的PH控制在5-6之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%-0.5%wt；
步骤F:在20℃-100℃下反应1-40小时；
步骤E:将步骤F后的混合物进行制膜，得到所述的聚苯胺导电膜。
其中，步骤C所述的物理方法可以为磁力搅拌1-10小时。
作为改进，所述步骤A的有机溶剂为甲酰胺、三氟乙酸、DMSO、DMF、六甲基磷酸酰胺、甲醇、乙醇、乙酸、三氯乙烯、正丁醇、乙醚、正丁醚、四氯化碳、环己烷、己烷、丙酮，所述的溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为1g-100g/L。
作为改进，所述步骤E的的制膜步骤如下：进行静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为50℃-80 ℃，纺丝时间为2-10小时。
其中，所述的酸溶液为浓硫酸、浓盐酸、硝酸、稀硫酸、稀盐酸、有机酸的一种。
作为改进，所述的引发剂为酰类过氧化物引发剂、氢过氧化物、二烷基过氧化物、酯类过氧化物、酮类过氧化物的一种。
作为改进，所述的酰类过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰的一种。
作为改进，所述的步骤E包括步骤E-1,E-1具体步骤如下：
冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥。
本发明公开的聚苯胺膜具有较好的导电性和力学性能。
具体实施方式
下面本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液，有机溶剂为甲酰胺，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为1g/L
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为0.1；
步骤C：将步骤B后的溶液采用磁力搅拌10小时；
步骤D：向步骤C的混合物加入浓硫酸，使得溶液的PH控制在5之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂过氧化苯甲酰，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%wt；
步骤F:在100℃下反应1小时；
步骤E: 冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥，之后通过静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为80 ℃，纺丝时间为2小时。
实施例2：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液，有机溶剂为DMSO，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为100g/L
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为3；
步骤C：将步骤B后的溶液采用磁力搅拌5小时；
步骤D：向步骤C的混合物加入浓盐酸，使得溶液的PH控制在5之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂过氧化苯甲酰，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.5%wt；
步骤F:在60℃下反应20小时；
步骤E: 冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥，之后通过静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为60 ℃，纺丝时间为8小时。
实施例3：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液，有机溶剂为三氯乙烯，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为30g/L
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为2；
步骤C：将步骤B后的溶液采用磁力搅拌4小时；
步骤D：向步骤C的混合物加入浓盐酸，使得溶液的PH控制在6之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂过氧化月桂酰，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%wt；
步骤F:在40℃下反应10小时；
步骤E: 冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥，之后通过静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为55 ℃，纺丝时间为3小时。
实施例4：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液，有机溶剂为DMSO，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为30g/L
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为2；
步骤C：将步骤B后的溶液采用磁力搅拌4小时；
步骤D：向步骤C的混合物加入浓硫酸，使得溶液的PH控制在5之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂过氧化月桂酰，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%wt；
步骤F:在40℃下反应10小时；
步骤E: 冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥，之后通过静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为50℃-80 ℃，纺丝时间为2-10小时。
实施例5：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液，有机溶剂为DMSO，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为40g/L
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为4；
步骤C：将步骤B后的溶液采用磁力搅拌5小时；
步骤D：向步骤C的混合物加入硝酸，使得溶液的PH控制在5；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂过氧化苯甲酰，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.5%wt；
步骤F:在30℃下反应20小时；
步骤E: 冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥，之后通过静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为60 ℃，纺丝时间为3小时。
实施例6：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液，有机溶剂为乙醇，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为30g/L
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为2；
步骤C：将步骤B后的溶液采用磁力搅拌8小时；
步骤D：向步骤C的混合物加入稀硫酸，使得溶液的PH控制在5-6之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂过氧化苯甲酰，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.5%wt；
步骤F:在30℃下反应10小时；
步骤E: 冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥，之后通过静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为60 ℃，纺丝时间为5小时。
聚合物和膜的性能检测如下：

Claims (10)

1.一种聚苯胺导电膜，其特征在于，所述的聚苯胺导电膜由聚苯胺接枝共聚物，所述的接枝共聚物的主链为聚乙烯基吡啶烷酮高分子链，所述的支链为含有苯胺重复单元的高分子链。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺导电膜，其特征在于，所述的含有苯胺重复单元的高分子链的重复数位于10-1000。
3.一种聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A:将聚乙烯基吡啶烷酮和有机溶剂混合物，采用物理方法使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有机溶剂当中形成溶液；
步骤B：向步骤A后的溶液加入苯胺单体，苯胺单体的数量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重复单元的比例为0.1-10；
步骤C：将步骤B后的溶液采用物理方法进行搅拌；
步骤D：向步骤C的混合物加入酸溶液，使得溶液的PH控制在5-6之间；
步骤E:向步骤D后的溶液加入引发剂，所述的引发剂为聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%-0.5%wt；
步骤F:在20℃-100℃下反应1-40小时；
步骤E:将步骤F后的混合物进行制膜，得到所述的聚苯胺导电膜。
4.根据权利要求3所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述的物理方法为磁力搅拌1-10小时。
5.根据权利要求3所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述步骤A的有机溶剂为甲酰胺、三氟乙酸、DMSO、DMF、六甲基磷酸酰胺、甲醇、乙醇、乙酸、三氯乙烯、正丁醇、乙醚、正丁醚、四氯化碳、环己烷、己烷、丙酮，所述的溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的浓度为1g-100g/L。
6.根据权利要求3所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述步骤E的的制膜步骤如下：进行静电纺丝进行制膜，其中纺丝温度为50℃-80 ℃，纺丝时间为2-10小时。
7.根据权利要求3所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述的酸溶液为浓硫酸、浓盐酸、硝酸、稀硫酸、稀盐酸、有机酸的一种。
8.根据权利要求3所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为酰类过氧化物引发剂、氢过氧化物、二烷基过氧化物、酯类过氧化物、酮类过氧化物的一种。
9.根据权利要求8所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述的酰类过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰的一种。
10.根据权利要求8所述的聚苯胺导电膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤E包括步骤E-1,E-1具体步骤如下：
冷却溶液，在溶液中加入无机盐使得溶液饱和，加入丙酮溶液，产生沉淀，提出沉淀，干燥，将沉淀溶于有机溶剂，抽滤出去无机盐，用丙酮出去溶剂，制得聚合物，干燥。
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