[發(fā)明專利]聚噻吩/有機蒙脫土復合材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103408734A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 龍劍平;黃春;曾英;楊梅;張文濤
• 申請（專利權(quán)）人: 成都理工大學
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C08K9/04;C08K3/34;C09D163/00;C09D165/00;C09D5/08
• 代理公司: 成都希盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51226
• 代理人: 武森濤;柯海軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚噻吩/有機蒙脫土復合材料及其制備方法和應用，屬于高分子材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

導電高分子復合材料因其優(yōu)異的性能在能源，金屬防腐，生物傳感，二次電池和電容器等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。典型的導電高分子如聚苯胺，聚吡咯和聚噻吩，目前研究最為深入的為聚苯胺，由于其加工性能較差，科研工作者把他們的目光轉(zhuǎn)移到聚噻吩上面來。聚噻吩具有良好的溶解性，高電導率，良好的光學性和環(huán)境穩(wěn)定性正逐漸成為導電高分子研究的熱門領(lǐng)域。

隨著社會的發(fā)展，單一的材料性能已難以滿足人們的生產(chǎn)和生活，在這一趨勢下，復合材料得到迅速的發(fā)展。噻吩同無機納米材料的復合，不僅因為無機物的引入而改善其原有性能，而且因納米效應及聚噻吩與無機物之間的協(xié)同作用，使得復合材料的性能優(yōu)于單一組分性能的簡單加和，甚至展示出新的功能。噻吩同無機納米材料的復合主要有表現(xiàn)為兩大類型：

（1）噻吩同納米顆粒（如TiO₂，SiO₂和WO₃等粒子）形成核-殼結(jié)構(gòu)，一般都是先讓納米粒子分散在溶液中，而后加入噻吩，引發(fā)聚合，形成噻吩包覆納米顆粒的核-殼結(jié)構(gòu)，復合材料同時具有無機納米粒子的機械性能和噻吩的導電性能。

（2）噻吩同納米管或片層（納米管代表如多壁碳納米管（MWNTs），納米片層代表如蒙脫土（MMT））的復合，主要是利用納米管的自組裝性和納米片層的受限空間，使復合材料表現(xiàn)為有序性，及噻吩在管或片上（內(nèi)）排列較為規(guī)整，從而提高材料的導電性。

蒙脫土是具有層狀結(jié)構(gòu)的天然礦石，價格低廉，原料豐富，層間靠陽離子的弱靜電力結(jié)合在一起，具有較強的離子交換能力，改性后的層間距會進一步擴大，有利于聚合單體的插入，進入后形成配位，單體難以脫除，且蒙脫土為二維層狀結(jié)構(gòu)，單體進入層間后，氧化劑可以繼續(xù)進入并在層間引發(fā)聚合，蒙脫土本身又不參與噻吩的反應，使噻吩同蒙脫土達到分子層面的復合。這些較其他納米粒子（管或片）具有無可替代的優(yōu)勢，使噻吩同蒙脫土的研究非常活躍。

傳統(tǒng)的噻吩同蒙脫土的復合多為噻吩的衍生物，如乙撐二氧噻吩（EDOT），3-己基噻吩，3-十二基噻吩等，噻吩的衍生物較噻吩具有較好的溶解性，其研究較噻吩得到較大的關(guān)注，隨著研究的深入，科研工作者發(fā)現(xiàn)，噻吩的取代衍生物由于取代基的引入增加了空間的位阻，也增加了聚合的難度，間接導致噻吩聚合時多表現(xiàn)為無序性，這又導致材料的電導率下降；另一方面噻吩的衍生物有些價格昂貴（如EDOT），且多在有機溶劑中同蒙脫土復合，這不僅使蒙脫土在水中的膨脹性失去作用，另一方面有機溶劑（多為氯仿等）有毒，對環(huán)境具有損害作用，也不利于生產(chǎn)，最重要的是反應后的氯仿，多為蒸發(fā)掉，且氯仿蒸發(fā)較為緩慢，對空氣污染更為厲害，也對實驗人員有危害。這些都限制了噻吩衍生物在有機溶劑中的進一步發(fā)展。

無取代的噻吩在大多數(shù)有機溶劑和水溶液中溶解性極差（基本不溶），多用乳化劑來進行反應，其在水溶液中催化劑的氧化活性低，轉(zhuǎn)化率低，降低其電導率，故其在水溶液中研究較少。

金屬防腐一直是全球工業(yè)行業(yè)面臨的一大難題，每年鋼鐵腐蝕造成的損失難以估量。傳統(tǒng)金屬防腐涂料通常含有富鋅，金屬鉻和銅，但這些金屬防腐涂料在環(huán)境保護，資源和成本方面均有局限性，從而探索綠色，低成本的防腐涂料成為科研工作者新的努力的方向。自90年代以來，科研工作者發(fā)現(xiàn)，導電聚合物同金屬一樣具有導電性，且具有一定的防腐性能。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)單一的導電聚合物，對金屬的結(jié)合性不是很好，較其復材料其防腐性也較差，且溶劑多為有機，對環(huán)境不好無法大規(guī)模推廣。蒙脫土的片層結(jié)構(gòu)對O₂和水（金屬腐蝕的條件）有一定的阻隔作用，故導電聚合物與蒙脫土復合材料在防腐領(lǐng)域具有廣闊的前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種無毒、具有良好導電性和熱穩(wěn)定性的的聚噻吩/有機蒙脫土復合材料及其制備方法和應用。

本發(fā)明聚噻吩/有機蒙脫土復合材料，由如下重量份的組分制備而成：