CN108641338A - 一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，它是由下述重量份的原料组成的：噻吩30‑40、六水三氯化铁0.7‑1、蓖麻油酸1‑2、聚甘油脂肪酸酯1‑2、硼砂2‑3、2‑硫醇基苯骈咪唑0.5‑1、有机氮化硅3‑4、饱和十八碳酰胺0.8‑1、聚苯醚100‑110。本发明的薄膜加入了氮化硅，可以有效的提高成品薄膜的表面硬度和强度，采用聚噻吩与聚苯醚共混成膜，提高了导电稳定性。

Description

一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于膜领域，具体涉及一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜及其制备方法。
背景技术
导电聚合物因具有很好的热稳定性、化学稳定性、较高的储存电荷能力、较好的电化学性能和气体分离性能，被认为是21世纪的新材料。聚噻吩又因电性能优异、易制备、热稳定性好、与其他通用高分子复合后仍具有较高的使用价值等特点引起了科研工作者的极大兴趣；
通常，聚噻吩或聚噻吩衍生物与其他通用高分子制备聚噻吩复合材料的过程中选择不同的制备工艺和制备条件所得聚噻吩复合膜的导电性、形态及性能都有较大的差异。聚噻吩复合材料的制备一般有两种方法：化学法和电化学法。化学法分为直接法和间接法。直接法是指单体在催化剂的作用下，直接生成所需聚合物，然后采用滴涂的方法将聚噻吩涂覆在基材上。这种方法比较简单，但生成的聚合物溶解性差，难以加工成型。间接法是指首先合成溶解性和加工性能较好的低分子聚合物，然后涂覆在基材上，最后再进一步聚合成所需的复合材料。但是由于第二步中可能会发生交联反应以及生成多种共轭链构型，因而产物的导电率不高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，它是由下述重量份的原料组成的：
噻吩30-40、六水三氯化铁0.7-1、蓖麻油酸1-2、聚甘油脂肪酸酯1-2、硼砂2-3、2-硫醇基苯骈咪唑0.5-1、有机氮化硅3-4、饱和十八碳酰胺0.8-1、聚苯醚100-110。
所述的有机氮化硅是由下述重量份的原料组成的：
氮化硅17-20、三丁基三氯化锡1-2、二苯基硅二醇3-4、硅烷偶联剂kh5500.1-0.3。
所述的有机氮化硅的制备方法，包括以下步骤：
(1)取三丁基三氯化锡，加入到其重量5-7倍的4-6倍的无水乙醇中，加入二苯基硅二醇，保温搅拌20-30分钟，得复合醇溶液；
(2)取氮化硅，加入到上述复合醇溶液中，加入硅烷偶联剂kh550，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得有机氮化硅。
一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取六水三氯化铁，加入到其重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取蓖麻油酸、聚苯醚混合，加入到混合料重量4-6倍的氯仿中，升高温度为46-50℃，保温搅拌20-30分钟，加入硼砂，搅拌均匀，蒸馏除去氯仿，得酸化聚苯醚；
(3)取2-硫醇基苯骈咪唑、噻吩混合，加入到混合料重量6-8倍的、35-40％的乙醇溶液中，搅拌均匀，加入上述有机氮化硅，超声2-3分钟，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为10-15℃，加入上述六水三氯化铁水溶液，搅拌反应10-13小时，出料，蒸馏除去乙醇，得氮化硅掺杂聚噻吩溶液；
(4)取上述酸化聚苯醚、氮化硅掺杂聚噻吩溶液混合，搅拌均匀，加入聚甘油脂肪酸酯，升高温度为65-70℃，保温搅拌2-3小时，抽滤，将沉淀水洗，真空40-50℃下干燥1-2小时，冷却至常温，得复合聚合物；
(5)取上述复合聚合物，与剩余各原料混合，加入到混合料重量8-10倍的二甲基甲酰胺中，搅拌2-3小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得。
本发明的优点：
本发明首先采用2-硫醇基苯骈咪唑处理噻吩，然后以此为单体，以含有有机氮化硅的乙醇溶液为溶剂，在氧化剂作用下聚合，得氮化硅掺杂聚噻吩溶液，然后将其与酸化聚苯醚共混制备复合薄，本发明的薄膜加入了氮化硅，可以有效的提高成品薄膜的表面硬度和强度，采用聚噻吩与聚苯醚共混成膜，提高了导电稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，它是由下述重量份的原料组成的：
噻吩30、六水三氯化铁0.7、蓖麻油酸1、聚甘油脂肪酸酯1、硼砂2、2-硫醇基苯骈咪唑0.5、有机氮化硅3、饱和十八碳酰胺0.8、聚苯醚100。
所述的有机氮化硅是由下述重量份的原料组成的：
氮化硅17、三丁基三氯化锡1、二苯基硅二醇3、硅烷偶联剂kh5500.1。
所述的有机氮化硅的制备方法，包括以下步骤：
(1)取三丁基三氯化锡，加入到其重量5倍的4倍的无水乙醇中，加入二苯基硅二醇，保温搅拌20分钟，得复合醇溶液；
(2)取氮化硅，加入到上述复合醇溶液中，加入硅烷偶联剂kh550，升高温度为60℃，保温搅拌1小时，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得有机氮化硅。
一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)取六水三氯化铁，加入到其重量17倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取蓖麻油酸、聚苯醚混合，加入到混合料重量4倍的氯仿中，升高温度为46℃，保温搅拌20分钟，加入硼砂，搅拌均匀，蒸馏除去氯仿，得酸化聚苯醚；
(3)取2-硫醇基苯骈咪唑、噻吩混合，加入到混合料重量6倍的、35％的乙醇溶液中，搅拌均匀，加入上述有机氮化硅，超声2分钟，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为10℃，加入上述六水三氯化铁水溶液，搅拌反应10小时，出料，蒸馏除去乙醇，得氮化硅掺杂聚噻吩溶液；
(4)取上述酸化聚苯醚、氮化硅掺杂聚噻吩溶液混合，搅拌均匀，加入聚甘油脂肪酸酯，升高温度为65℃，保温搅拌2小时，抽滤，将沉淀水洗，真空40℃下干燥1小时，冷却至常温，得复合聚合物；
(5)取上述复合聚合物，与剩余各原料混合，加入到混合料重量8倍的二甲基甲酰胺中，搅拌2小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在70℃下真空干燥20小时，待膜成型后，放入95℃的恒温干燥箱处理1小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得。
实施例2
一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，它是由下述重量份的原料组成的：
噻吩40、六水三氯化铁1、蓖麻油酸2、聚甘油脂肪酸酯2、硼砂3、2-硫醇基苯骈咪唑1、有机氮化硅4、饱和十八碳酰胺1、聚苯醚110。
所述的有机氮化硅是由下述重量份的原料组成的：
氮化硅20、三丁基三氯化锡2、二苯基硅二醇4、硅烷偶联剂kh5500.3。
所述的有机氮化硅的制备方法，包括以下步骤：
(1)取三丁基三氯化锡，加入到其重量7倍的6倍的无水乙醇中，加入二苯基硅二醇，保温搅拌30分钟，得复合醇溶液；
(2)取氮化硅，加入到上述复合醇溶液中，加入硅烷偶联剂kh550，升高温度为65℃，保温搅拌2小时，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得有机氮化硅。
一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜的制备方法，括以下步骤：
(1)取六水三氯化铁，加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取蓖麻油酸、聚苯醚混合，加入到混合料重量6倍的氯仿中，升高温度为50℃，保温搅拌30分钟，加入硼砂，搅拌均匀，蒸馏除去氯仿，得酸化聚苯醚；
(3)取2-硫醇基苯骈咪唑、噻吩混合，加入到混合料重量8倍的、40％的乙醇溶液中，搅拌均匀，加入上述有机氮化硅，超声3分钟，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为15℃，加入上述六水三氯化铁水溶液，搅拌反应13小时，出料，蒸馏除去乙醇，得氮化硅掺杂聚噻吩溶液；
(4)取上述酸化聚苯醚、氮化硅掺杂聚噻吩溶液混合，搅拌均匀，加入聚甘油脂肪酸酯，升高温度为70℃，保温搅拌3小时，抽滤，将沉淀水洗，真空50℃下干燥2小时，冷却至常温，得复合聚合物；
(5)取上述复合聚合物，与剩余各原料混合，加入到混合料重量10倍的二甲基甲酰胺中，搅拌3小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在85℃下真空干燥30小时，待膜成型后，放入105℃的恒温干燥箱处理2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得。
性能测试：
实施例1：
薄膜厚度约35μm，导电率为5.2×10-3S/cm；
实施例2：
薄膜厚度约18μm，导电率为4.9×10-3S/cm。

Claims (4)

1.一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
噻吩30-40、六水三氯化铁0.7-1、蓖麻油酸1-2、聚甘油脂肪酸酯1-2、硼砂2-3、2-硫醇基苯骈咪唑0.5-1、有机氮化硅3-4、饱和十八碳酰胺0.8-1、聚苯醚100-110。
2.根据权利要求1所述的一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，其特征在于，所述的有机氮化硅是由下述重量份的原料组成的：
氮化硅17-20、三丁基三氯化锡1-2、二苯基硅二醇3-4、硅烷偶联剂kh5500.1-0.3。
3.根据权利要求2所述的一种聚噻吩掺杂硬质导电薄膜，其特征在于，所述的有机氮化硅的制备方法，包括以下步骤：
(1)取三丁基三氯化锡，加入到其重量5-7倍的4-6倍的无水乙醇中，加入二苯基硅二醇，保温搅拌20-30分钟，得复合醇溶液；
(2)取氮化硅，加入到上述复合醇溶液中，加入硅烷偶联剂kh550，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得有机氮化硅。
4.一种如权利要求1所述聚噻吩掺杂硬质导电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取六水三氯化铁，加入到其重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀；
(2)取蓖麻油酸、聚苯醚混合，加入到混合料重量4-6倍的氯仿中，升高温度为46-50℃，保温搅拌20-30分钟，加入硼砂，搅拌均匀，蒸馏除去氯仿，得酸化聚苯醚；
(3)取2-硫醇基苯骈咪唑、噻吩混合，加入到混合料重量6-8倍的、35-40％的乙醇溶液中，搅拌均匀，加入上述有机氮化硅，超声2-3分钟，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为10-15℃，加入上述六水三氯化铁水溶液，搅拌反应10-13小时，出料，蒸馏除去乙醇，得氮化硅掺杂聚噻吩溶液；
(4)取上述酸化聚苯醚、氮化硅掺杂聚噻吩溶液混合，搅拌均匀，加入聚甘油脂肪酸酯，升高温度为65-70℃，保温搅拌2-3小时，抽滤，将沉淀水洗，真空40-50℃下干燥1-2小时，冷却至常温，得复合聚合物；
(5)取上述复合聚合物，与剩余各原料混合，加入到混合料重量8-10倍的二甲基甲酰胺中，搅拌2-3小时，倒入培养皿中，放入真空干燥箱，在70-85℃下真空干燥20-30小时，待膜成型后，放入95-105℃的恒温干燥箱处理1-2小时，揭膜，将膜水洗，常温干燥，即得。
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