專利名稱：一種由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)電高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電高分子是一類具有共軛π鍵結(jié)構(gòu)的高分子化合物，經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)摻雜對陰離子或?qū)﹃栯x子后形成的具有導(dǎo)電性的特殊高分子材料，導(dǎo)電高分子的突出優(yōu)點是既具有金屬和半導(dǎo)體材料的光電特性，又具有聚合物良好的穩(wěn)定性和力學(xué)性能。目前合成導(dǎo)電高分子的方法主要分為電化學(xué)聚合、化學(xué)氧化聚合、金屬偶聯(lián)聚合、固態(tài)聚合等幾種， 其中電化學(xué)聚合和化學(xué)氧化聚合是最常用的兩種方法。電化學(xué)聚合方法一般采用三電極體系，直接在工作電極上沉積導(dǎo)電高分子薄膜，并且可根據(jù)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(chǎn)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(xué)氧化聚合方法雖然可一次性制備大量的聚合物產(chǎn)物，但所得產(chǎn)物一般都是難溶難熔的導(dǎo)電高分子固體，難以加工，因此極大地限制了其應(yīng)用。金屬偶聯(lián)聚合因為涉及到苛刻的有機合成反應(yīng)，且所得聚合物一般也是難溶性固體粉末，也不適于大規(guī)模生產(chǎn)。固態(tài)聚合雖然反應(yīng)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(wěn)定性差，聚合程度不穩(wěn)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(yè)生產(chǎn)。鑒于以上的原因，改善導(dǎo)電高分子的加工性能一直是科研和技術(shù)人員追求的目標(biāo)。聚苯胺和聚噻吩是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最成功的導(dǎo)電高分子，德國的H. C. Starck 公司和芬蘭的Panipol Oy公司分別開發(fā)出了以CLEVI0S P為品牌的系列聚(3，4-乙撐二氧噻吩)/聚對苯乙烯磺酸(PED0T/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(dǎo)電涂層、電致發(fā)光材料、傳感器、導(dǎo)電油墨、有機太陽能電池、超級電容器等領(lǐng)域取得廣泛的商業(yè)應(yīng)用。但是可溶性聚苯胺粉末產(chǎn)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(fā)性或高沸點等特點極大地限制了它的儲存、加工和應(yīng)用。而聚苯胺和PEDOT/ PSS水分散體的制備采取的是化學(xué)氧化聚合手段，工藝復(fù)雜，專利和生產(chǎn)核心技術(shù)被以上的兩家企業(yè)掌握，生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格高昂。而且這些水分散體產(chǎn)品儲存運輸不便，長距離運輸或長時間存放會產(chǎn)生沉淀、水分散失、聚合物分子凝聚導(dǎo)致粒度增大和分布不均等一些缺陷，特別是當(dāng)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(dǎo)致分散體的更加不穩(wěn)定，某些成分如粘合劑或乳化劑的加入會影響產(chǎn)品的性能參數(shù)，限制了其市場應(yīng)用前景。專利文獻中也報道了以下其他幾種導(dǎo)電高分子溶劑分散體的制備方法，如專利 CN200810068915. O中報道了一種常溫穩(wěn)定存放的導(dǎo)電高分子電解質(zhì)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(shù)必須嚴(yán)格控制才能保證其長期存放過程中不發(fā)生聚合反應(yīng)，以保證配方體系的穩(wěn)定性；專利CN200880002102. X中報道了一種導(dǎo)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(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法， 以解決目前導(dǎo)電高分子的制備和商業(yè)應(yīng)用在單體選擇、材料加工、產(chǎn)品儲存和運輸上存在的問題。本發(fā)明的由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法，通過以下方式實現(xiàn)的，具體采用的是對導(dǎo)電高分子粉末依次進行高速剪切分散處理、高壓均質(zhì)處理、高速乳化分散處理的流程
將導(dǎo)電高分子固體粉末加入到含1 6倍于其質(zhì)量的重均分子量J4 =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(zhuǎn)/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(zhì)處理4-5次，之后進行10000 15000轉(zhuǎn)/分鐘，10 30分鐘高速乳化分散處理，得到穩(wěn)定的導(dǎo)電高分子水分散體。上述處理過程均在循環(huán)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(chǎn)熱導(dǎo)致的高分子鏈聚集現(xiàn)象。所述高速剪切分散是為了將導(dǎo)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(zhì)處理是在保證導(dǎo)電高分子結(jié)構(gòu)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(shù)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(wěn)定均一的導(dǎo)電高分子水分散體產(chǎn)品。本發(fā)明通過將固體顆粒的物理分散方法應(yīng)用于納米級導(dǎo)電高分子水分散體的制備，解決了因為導(dǎo)電高分子一般難溶難熔而導(dǎo)致的加工難題，克服了工業(yè)生產(chǎn)對導(dǎo)電高分子可溶性等加工性能的要求，以及目前導(dǎo)電高分子溶劑分散體系在運輸、儲存和加工過程中存在的缺陷。通過此方法，可直接使用能夠長期儲存的性質(zhì)穩(wěn)定的導(dǎo)電高分子固體粉末， 由企業(yè)根據(jù)需要直接現(xiàn)場制備導(dǎo)電高分子水分散體，不受時間的限制，并且規(guī)?？煽?，生產(chǎn)后直接進入導(dǎo)電薄膜或涂層等光電材料加工應(yīng)用流程，減少中間液體的存儲環(huán)節(jié)。本發(fā)明所述方法路線簡便、不需要苛刻的合成和復(fù)雜的后處理操作，設(shè)備操作方便，生產(chǎn)廠房條件要求不高，生產(chǎn)周期短，耗費人力少，成本大幅降低。并且因為對導(dǎo)電高分子固體的制備手段沒有限制，諸如化學(xué)氧化聚合、固態(tài)聚合、偶聯(lián)聚合等均可使用，對導(dǎo)電高分子的摻雜程度也沒有限制，所以可以采用的原料來源廣泛，適用于絕大多數(shù)導(dǎo)電高分子材料的加工，如聚噻吩類、聚吡咯類、聚苯胺類等。所制備的水分散體的性能參數(shù)可以通過制備條件和后續(xù)添加劑的加入在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)不同的應(yīng)用需要。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步說明。實施例1
氮氣保護下，將3. 99克3，4-乙撐二氧噻吩緩慢滴加到無水三氯化鐵(10. 6克)的乙腈溶液(0. 2 mol/L)中，25 °C恒溫水浴中機械攪拌(350轉(zhuǎn)/分鐘)，反應(yīng)48小時后，抽濾， 依次用純水、乙腈、丙酮洗滌，收集固體粉末，60 °C鼓風(fēng)干燥箱中干燥12小時，得摻雜態(tài)聚(3，4-乙撐二氧噻吩)固體2. 64克，產(chǎn)率66. 1%。取此聚(3，4-乙撐二氧噻吩)粉末0. 503克，加入到聚對苯乙烯磺酸(凡=75，000， 1. 26克)的水溶液(1. 5 wt%)中，將其置于恒溫循環(huán)水浴(20 °C)中，高速剪切分散(15000 轉(zhuǎn)/分鐘)處理30分鐘后，于20 ！環(huán)境中進行四次高壓均質(zhì)處理(操作壓力為1200 bar), 后高速乳化分散(15000轉(zhuǎn)/分鐘)處理10分鐘，得聚(3，4-乙撐二氧噻吩)水分散體，粘度為 1.80士0.05 毫帕秒(20 °C)，酸度(pH)為 1. 15士0. 1 (20 °C)。實施例2
采用如實施例1所示的實驗方法和原料配比，以1. 79克吡咯為單體，最終得摻雜態(tài)聚吡咯固體0. 977克，產(chǎn)率6%。采用如實施例1同樣的方法，制備得到聚吡咯水分散體，其粘度為 1.77士0.05 毫帕秒(20 °C)，酸度(pH)為 1. 13士0. 1 (20 °C)。
權(quán)利要求
1.一種由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法，其特征在于其步驟是， 將導(dǎo)電高分子固體粉末加入到含1 6倍于其質(zhì)量的重均分子量=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(zhuǎn)/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(zhì)處理4-5次，之后進行10000 15000轉(zhuǎn)/分鐘，10 30分鐘高速乳化分散處理，得到穩(wěn)定的導(dǎo)電高分子水分散體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法，其特征在于所述處理過程均在循環(huán)冷浴中進行，分散體的溫度維持在15 20 °C。
全文摘要
一種由導(dǎo)電高分子固體制備導(dǎo)電高分子水分散體的方法，具體采用的是對導(dǎo)電高分子粉末依次進行高速剪切分散處理、高壓均質(zhì)處理、高速乳化分散處理的流程。本發(fā)明通過將固體顆粒的物理分散方法應(yīng)用于納米級導(dǎo)電高分子水分散體的制備，解決了因為導(dǎo)電高分子一般難溶難熔而導(dǎo)致的加工難題，克服了工業(yè)生產(chǎn)對導(dǎo)電高分子可溶性等加工性能的要求，以及目前導(dǎo)電高分子溶劑分散體系在運輸、儲存和加工過程中存在的缺陷。所述方法路線簡便，設(shè)備操作方便，生產(chǎn)廠房條件要求不高，生產(chǎn)周期短，耗費人力少，成本大幅降低。并且因為對導(dǎo)電高分子固體的制備手段沒有限制，諸如化學(xué)氧化聚合、固態(tài)聚合、偶聯(lián)聚合等均可使用。
文檔編號C08J3/05GK102408574SQ20111028685
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者盧寶陽, 徐景坤, 段學(xué)民, 祝丹華, 郭亮, 陳帥 申請人:江西科技師范學(xué)院