[發明專利]一種由導電高分子固體制備導電高分子水分散體的方法

無效

• 申請號: 201110286853.2
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102408574A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 徐景坤;陳帥;盧寶陽;段學民;郭亮;祝丹華
• 申請（專利權）人: 江西科技師范學院
• 主分類號: C08J3/05
• 分類號: C08J3/05
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 黃新平

技術領域

本發明屬于導電高分子材料領域，特別涉及一種由導電高分子固體制備導電高分子水分散體的方法。

背景技術

導電高分子是一類具有共軛π鍵結構的高分子化合物，經過化學或電化學摻雜對陰離子或對陽離子后形成的具有導電性的特殊高分子材料，導電高分子的突出優點是既具有金屬和半導體材料的光電特性,?又具有聚合物良好的穩定性和力學性能。目前合成導電高分子的方法主要分為電化學聚合、化學氧化聚合、金屬偶聯聚合、固態聚合等幾種，其中電化學聚合和化學氧化聚合是最常用的兩種方法。電化學聚合方法一般采用三電極體系，直接在工作電極上沉積導電高分子薄膜，并且可根據電量和通電時間等控制成膜的厚度和聚合物的量，但是不適用于實際生產中，一般只在實驗室小量實驗和聚合物性能表征時采用。而化學氧化聚合方法雖然可一次性制備大量的聚合物產物，但所得產物一般都是難溶難熔的導電高分子固體，難以加工，因此極大地限制了其應用。金屬偶聯聚合因為涉及到苛刻的有機合成反應，且所得聚合物一般也是難溶性固體粉末，也不適于大規模生產。固態聚合雖然反應過程簡單，除單體本身外不需要額外溶劑或催化劑等的加入，但單體保存穩定性差，聚合程度不穩定，難以控制，并且所得聚合物一般也難溶，同樣不適用于工業生產。鑒于以上的原因，改善導電高分子的加工性能一直是科研和技術人員追求的目標。

聚苯胺和聚噻吩是目前工業領域應用最成功的導電高分子，德國的H.C.?Starck公司和芬蘭的Panipol?Oy公司分別開發出了以CLEVIOS?P為品牌的系列聚（3,4-乙撐二氧噻吩）/聚對苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）水分散體，和以Panipol為品牌的系列可溶于幾種有機溶劑的聚苯胺粉末和聚苯胺水分散液，目前已在抗靜電涂料、防腐導電涂層、電致發光材料、傳感器、導電油墨、有機太陽能電池、超級電容器等領域取得廣泛的商業應用。但是可溶性聚苯胺粉末產品因只能溶于某些有機溶劑如甲基吡咯烷酮中，這些有機溶劑的毒性、腐蝕性、揮發性或高沸點等特點極大地限制了它的儲存、加工和應用。而聚苯胺和PEDOT/PSS水分散體的制備采取的是化學氧化聚合手段，工藝復雜，專利和生產核心技術被以上的兩家企業掌握，生產成本和產品價格高昂。而且這些水分散體產品儲存運輸不便，長距離運輸或長時間存放會產生沉淀、水分散失、聚合物分子凝聚導致粒度增大和分布不均等一些缺陷，特別是當需要添加其他組分形成配方時，儲存運輸更加不便，某些成分如有機溶劑的單獨加入也會導致分散體的更加不穩定，某些成分如粘合劑或乳化劑的加入會影響產品的性能參數，限制了其市場應用前景。

專利文獻中也報道了以下其他幾種導電高分子溶劑分散體的制備方法，如：專利CN200810068915.0中報道了一種常溫穩定存放的導電高分子電解質聚合液配方，但是配方中存在不同沸點的有機溶劑，而且配方的參數必須嚴格控制才能保證其長期存放過程中不發生聚合反應，以保證配方體系的穩定性；專利CN200880002102.X中報道了一種導電高分子/摻雜劑的有機溶劑分散體的制備方法，因為只適用于有機溶劑體系而且對溶劑的選擇有所限定，限制了其商業化應用。

發明內容

本發明的目的就是提供一種由導電高分子固體制備導電高分子水分散體的方法，以解決目前導電高分子的制備和商業應用在單體選擇、材料加工、產品儲存和運輸上存在的問題。

本發明的由導電高分子固體制備導電高分子水分散體的方法，通過以下方式實現的，具體采用的是對導電高分子粉末依次進行高速剪切分散處理、高壓均質處理、高速乳化分散處理的流程：

將導電高分子固體粉末加入到含1～6倍于其質量的重均分子量M_w?=70,000～500,000、固含量為1～3?wt%的聚苯乙烯磺酸或其鈉鹽水溶液中，對此懸浮液先進行10000～15000轉/分鐘、30～60分鐘高速剪切分散處理，再在操作壓力為1200?bar的條件下高壓均質處理4-5次，之后進行10000～15000轉/分鐘，10～30分鐘高速乳化分散處理，得到穩定的導電高分子水分散體。

上述處理過程均在循環冷浴中進行，保證分散體的溫度始終維持在15～20?℃，避免處理中的機器運行和摩擦產熱導致的高分子鏈聚集現象。

所述高速剪切分散是為了將導電高分子固體粉末物理分散在聚苯乙烯磺酸或其鈉鹽的水溶液中，形成懸浮液；所述高壓均質處理是在保證導電高分子結構性能不變的條件下，將懸浮液中的固體顆粒的粒徑處理至納米數量級；所述高速乳化分散解決高分子粒徑減小后的易聚集行為，形成穩定均一的導電高分子水分散體產品。