一種聚苯胺導電膜及其製備方法與流程
2023-09-12 05:34:30 2
本發明涉及導電膜，具體來講是一種聚苯胺導電膜及其製備方法。
背景技術：
聚合物一直被認為是絕緣體,但是自從美國賓夕法尼亞大學的化學家領導的研究小組首次發現摻雜後的聚乙炔具有類似金屬的導電性以後,人們對共轆聚合物的結構和認識不斷深入和提高,逐漸產生了導電高分子這門新興學科川。在隨後的研究中逐步發現了聚毗咯、聚對苯撐、聚苯硫醚、聚唆吩、聚對苯撐乙烯撐、聚苯胺等導電高分子。在眾多的導電高分子材料中,聚苯胺,簡稱由於原料便宜,合成簡便,結構多樣化、在空氣中穩定以及特殊的摻雜機制,較高的電導和潛在的溶液、熔融加工可能性,易成膜且膜柔軟、堅韌等優點,而成為導電高聚物領域的研究熱點。上述聚苯胺的獨特的性能,使它在技術上顯示了極大的應用前景。可逆的電化學活性、較高的室溫電導率、大的比表面積和穩定性好等特點,使它在二次電池上有重要的應用言事實上,聚苯胺二次鈕扣電池的研製成功是導電高聚物在二次電池上實現應用最成功的例子。聚苯胺的電致變色效應可作為很好的電致變色器。它將在軍事偽裝和節能塗料等方面有著誘人的前景。此外,聚苯胺在抗靜電、電磁屏蔽、場效應電晶體、印刷術等領域也具有極廣泛的應用前景。但是由於聚苯胺鏈的強剛性和鏈間的強的相互作用使它的溶解性極差,相應地可加工性也差,限制了它在技術上的廣泛應用。因而,改善聚苯胺的可溶性和可加工性已成為國內外研究者們非常關注的課題。經過科學家的努力,近幾年來,聚苯胺的可溶性問題已取得了很大的進展。年,等發現中性聚苯胺可溶於一甲基毗咯烷酮伽中,在此溶液中可以將高聚物製成薄膜或紡絲。曹鋪等人用有機酸摻雜,使摻雜態溶解於一般有機溶劑中。目前,科學家通過結構修飾衍生物、接枝、共聚,摻雜誘導例如大尺寸對陰離子摻雜誘導,乳液聚合和化學複合等方法獲得可溶性導電聚苯胺。
技術實現要素：
本發明的目的在於：提供一種力學性能好，導電率高、使用壽命長的聚苯胺導電膜，具體的方案如下：
本發明公開了一種聚苯胺導電膜，其特徵在於，所述的聚苯胺導電膜由聚苯胺接枝共聚物，所述的接枝共聚物的主鏈為聚乙烯基吡啶烷酮高分子鏈，所述的支鏈為含有苯胺重複單元的高分子鏈。
其中，所述的含有苯胺重複單元的高分子鏈的重複數位於10-1000。
聚苯胺導電膜的製備方法可以按照如下步驟：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，採用物理方法使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液；
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為0.1-10；
步驟C：將步驟B後的溶液採用物理方法進行攪拌；
步驟D：向步驟C的混合物加入酸溶液，使得溶液的PH控制在5-6之間；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%-0.5%wt；
步驟F:在20℃-100℃下反應1-40小時；
步驟E:將步驟F後的混合物進行制膜，得到所述的聚苯胺導電膜。
其中，步驟C所述的物理方法可以為磁力攪拌1-10小時。
作為改進，所述步驟A的有機溶劑為甲醯胺、三氟乙酸、DMSO、DMF、六甲基磷酸醯胺、甲醇、乙醇、乙酸、三氯乙烯、正丁醇、乙醚、正丁醚、四氯化碳、環己烷、己烷、丙酮，所述的溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為1g-100g/L。
作為改進，所述步驟E的的制膜步驟如下：進行靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為50℃-80 ℃，紡絲時間為2-10小時。
其中，所述的酸溶液為濃硫酸、濃鹽酸、硝酸、稀硫酸、稀鹽酸、有機酸的一種。
作為改進，所述的引發劑為醯類過氧化物引發劑、氫過氧化物、二烷基過氧化物、酯類過氧化物、酮類過氧化物的一種。
作為改進，所述的醯類過氧化物引發劑為過氧化苯甲醯、過氧化月桂醯的一種。
作為改進，所述的步驟E包括步驟E-1,E-1具體步驟如下：
冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥。
本發明公開的聚苯胺膜具有較好的導電性和力學性能。
具體實施方式
下面本發明作詳細的說明。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例1：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液，有機溶劑為甲醯胺，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為1g/L
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為0.1；
步驟C：將步驟B後的溶液採用磁力攪拌10小時；
步驟D：向步驟C的混合物加入濃硫酸，使得溶液的PH控制在5之間；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑過氧化苯甲醯，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%wt；
步驟F:在100℃下反應1小時；
步驟E: 冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥，之後通過靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為80 ℃，紡絲時間為2小時。
實施例2：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液，有機溶劑為DMSO，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為100g/L
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為3；
步驟C：將步驟B後的溶液採用磁力攪拌5小時；
步驟D：向步驟C的混合物加入濃鹽酸，使得溶液的PH控制在5之間；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑過氧化苯甲醯，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.5%wt；
步驟F:在60℃下反應20小時；
步驟E: 冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥，之後通過靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為60 ℃，紡絲時間為8小時。
實施例3：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液，有機溶劑為三氯乙烯，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為30g/L
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為2；
步驟C：將步驟B後的溶液採用磁力攪拌4小時；
步驟D：向步驟C的混合物加入濃鹽酸，使得溶液的PH控制在6之間；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑過氧化月桂醯，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%wt；
步驟F:在40℃下反應10小時；
步驟E: 冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥，之後通過靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為55 ℃，紡絲時間為3小時。
實施例4：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液，有機溶劑為DMSO，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為30g/L
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為2；
步驟C：將步驟B後的溶液採用磁力攪拌4小時；
步驟D：向步驟C的混合物加入濃硫酸，使得溶液的PH控制在5之間；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑過氧化月桂醯，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.01%wt；
步驟F:在40℃下反應10小時；
步驟E: 冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥，之後通過靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為50℃-80 ℃，紡絲時間為2-10小時。
實施例5：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液，有機溶劑為DMSO，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為40g/L
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為4；
步驟C：將步驟B後的溶液採用磁力攪拌5小時；
步驟D：向步驟C的混合物加入硝酸，使得溶液的PH控制在5；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑過氧化苯甲醯，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.5%wt；
步驟F:在30℃下反應20小時；
步驟E: 冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥，之後通過靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為60 ℃，紡絲時間為3小時。
實施例6：
步驟A:將聚乙烯基吡啶烷酮和有機溶劑混合物，使得聚乙烯基吡啶烷酮完全溶解在有機溶劑當中形成溶液，有機溶劑為乙醇，溶液中聚乙烯基吡啶烷酮的濃度為30g/L
步驟B：向步驟A後的溶液加入苯胺單體，苯胺單體的數量和聚乙烯基吡啶烷酮中的重複單元的比例為2；
步驟C：將步驟B後的溶液採用磁力攪拌8小時；
步驟D：向步驟C的混合物加入稀硫酸，使得溶液的PH控制在5-6之間；
步驟E:向步驟D後的溶液加入引發劑過氧化苯甲醯，所述的引發劑為聚乙烯基吡啶烷酮的0.5%wt；
步驟F:在30℃下反應10小時；
步驟E: 冷卻溶液，在溶液中加入無機鹽使得溶液飽和，加入丙酮溶液，產生沉澱，提出沉澱，乾燥，將沉澱溶於有機溶劑，抽濾出去無機鹽，用丙酮出去溶劑，製得聚合物，乾燥，之後通過靜電紡絲進行制膜，其中紡絲溫度為60 ℃，紡絲時間為5小時。
聚合物和膜的性能檢測如下：