[發明專利]一種以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系及其制備方法

在審

• 申請號: 202011162593.3
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112321847A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 祁海松;馮曉;王熙軍;張存智;陳怡安;袁亞芳
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J3/03
• 分類號: C08J3/03;C08L65/00;C08L1/16;C08G61/12
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系及其制備方法。該方法包括：將纖維素硫酸酯加入水中，得到纖維素硫酸酯水溶液，然后加入單體EDOT，得到混合液；往混合液中加入過硫酸銨和氯化鐵進行聚合反應，得到以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系。本發明一方面提供了一種制備纖維素硫酸酯的方法，同時將纖維素硫酸酯代替PSS作為PEDOT的聚合模板，提出了一種新的PEDOT水分散體系。另一方面，制備的PEDOT:CS水分散液具有良好的體系穩定性、高PEDOT含量和導電性能，在電致變色、電磁屏蔽、超級電容器和電化學傳感器等方向有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于導電高分子功能材料領域，主要涉及一種以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系及其制備方法。

背景技術

纖維素硫酸酯是指纖維素結構中的羥基部分或者完全被硫酸酯基取代的一類纖維素無機酸酯化衍生物，它兼有生物大分子和聚電解質的多重性質，因此，在工業、材料和生物醫藥領域有著廣泛的應用。纖維素硫酸酯通過硫酸酯化反應制得，常見的酯化試劑為發煙硫酸、濃硫酸、三氧化硫和氯磺酸等。這些酯化試劑均為高腐蝕性、高揮發性、高毒性藥品，對人體和環境有很大危害，開發一種較為環境友好的纖維素硫酸酯化反應方案具有重要意義。

導電聚合物由于其展現的優異電化學性能、環境穩定性好等特點引起了科學家們的廣泛興趣。3,4-二氧乙烯噻吩(EDOT)是一類重要的噻吩衍生物，其聚合物PEDOT具有其獨特的優點，例如：電導率高，透明性好，性能優良，在電致變色材料、超級電容器電極材料、電磁屏蔽材料和傳感器等方面有著廣泛的應用前景。但是，難溶、難熔的特性極大限制了PEDOT在各個方面的應用。常見的解決辦法是在水中加入聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)作為模板，聚合EDOT單體，提高了PEDOT在水中的分散性，從而也使PEDOT:PSS的應用更加廣泛。然而，PSS作為PEDOT的分散劑和穩定劑的同時，過多絕緣的PSS(PEDOT與PSS的質量比為1:2.5)的加入也會使得PEDOT體系的導電性下降(CN201811582485.4)。尋找能夠制備高PEDOT含量以及維持分散液體系穩定性的分散劑是可行的解決方法。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系及其制備方法。

本發明的首要目的在于提供一種氨基磺酸作為酯化試劑，制備纖維素硫酸酯方法。

本發明另一目的在于提供一種將纖維素硫酸酯代替PSS為模板，制備PEDOT:CS水分散體系的方法。本發明提供的以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系是一種導電聚合物PEDOT:CS水性分散體系。

本發明以化學改性纖維素制得的纖維素硫酸酯(Cellulose sulfate,簡寫CS)為模板，在水體系中聚合3,4-二氧乙烯噻吩，制備PEDOT:CS水分散液。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

本發明提供的一種以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系，其特征在于，結構式如下所示：

其中，R為H或者SO₃^-。

本發明提供的一種制備所述的以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系的方法，包括如下步驟：

(1)將纖維素硫酸酯加入去離子水中溶解，混合均勻，得到纖維素硫酸酯水溶液，然后加入單體EDOT，攪拌均勻(持續攪拌使單體均勻分散)，得到混合液；

(2)往步驟(1)所述混合液中加入過硫酸銨和氯化鐵，在惰性氣氛下進行聚合反應，得到所述以纖維素硫酸酯為模板的PEDOT:CS水分散體系。