[发明专利]含导电聚合物组分－绝缘组分的复合材料水胶乳及其制法和应用

说明书

本发明涉及一种具有高介电常数低电导率的含导电聚合物组分-绝缘组分的复合材料水胶乳，并涉及该复合材料水胶乳的制备方法及其应用。本发明尤其涉及导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等或它们的衍生物的乳液产物进一步与一种或多种其它不饱和单体经自由基乳液聚合反应制备的高介电常数的导电聚合物组分-绝缘组分复合材料水胶乳，并涉及该复合材料水胶乳的制备方法及其在电池、电磁波屏蔽、电磁干扰、传感器、精密电容器、抗静电等方面的应用。

长期以来，聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物由于其优异的导电性能而在许多应用领域显示出其重要作用和潜力，受到极大的关注，如在电池、电磁干扰、静电消除、传感器以及防腐等方面都有着广泛的应用前景。但如何在常规的聚合物中引入这些导电聚合物，产生一种易于生产和使用，并具有优异抗静电和高介电常数的复合产物则是技术上亟待解决的问题。如技术上曾开发出多种聚苯胺的改性方法使其达到实际使用的要求，如苯胺和N-取代苯胺或环取代苯胺共聚的方法；使用有长支链掺杂剂的方法，如用十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸等有机酸或用聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酸等高分子酸的方法；以及诸如与热塑性高聚物形成共混物或复合材料的方法。但这些方法都无法得到稳定的胶乳和如上所述优异抗静电和高介电常数的共聚合产物。

Yong Cao等人的美国专利5 324 453公开了一种苯胺的乳液聚合方法，其中使用苯胺、有机酸如十二烷基苯磺酸(DBSA)、有机溶剂如二甲苯、氯仿构成有机相，然后在低温下逐渐滴加氧化剂的水溶液引发聚合反应，然后将粘稠的乳液倒入丙酮中以结束聚合反应，聚苯胺-DBSA盐沉淀出来，如此得到的聚苯胺-DBSA能溶解在氯仿、甲苯等溶剂中。该方法也得不到稳定的胶乳产品。

因此，本发明者经过深入广泛的研究，提供了一种高介电常数的含导电聚合物组分-绝缘组分的复合材料水胶乳并提供了该复合材料胶乳的制备方法。在本发明的高介电常数低电导率的导电聚合物组分-绝缘组分复合材料胶乳中，导电组分与绝缘组分相结合，通常导电组分在这种复合材料中为分散相，例如导电组分被绝缘组分所包裹，二者相互缠结、接枝等；其中导电高分子可以是聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等或相应的衍生物；其中的绝缘组分为普通的高聚物，例如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸正丁酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸正丁酯、聚丙烯酸异丁酯、聚氯乙烯、聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈等或上述聚合物的混合物。根据本发明，提供了一种具有广泛适用性的微乳液方法，在整个反应过程中微乳液均保持低粘度。最终形成的共聚物胶乳在抗静电、防腐、传感器等领域有广泛的应用前景，并可用作油墨、涂料、油漆等；也可用作液态导体或半导体，用于如重力开关、液面探测装置、其它电子电器开关等装置中。

本发明的目的是提供一种高介电常数的导电聚合物-绝缘组分复合材料胶乳及其制备方法和应用；提供一种新的长期保持稳定的导电聚苯胺水胶乳，并提供该导电聚苯胺水胶乳的制备方法及其应用也是本发明的一个目的。本发明的其它目的将从下面的进一步描述中得到体现。

根据本发明，提供了一种高介电常数的含导电聚合物组分-绝缘组分的复合材料水胶乳，该水胶乳包含导电聚合物组分、绝缘组分、水、乳化剂和高分子分散助剂；所述导电聚合物组分通常是选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等或相应的衍生物中至少一种的聚合部分；所述绝缘组分是由烯属不饱和单体进行聚合而成；所述烯属不饱和单体通常选自苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、氯乙烯、丁二烯、乙酸乙烯酯、丙烯腈等或它们的混合物中至少一种；该水胶乳中基于水胶乳总重量计，水的含量为60-99.5％；所述复合材料含量为0.4-34％；其中导电聚合物组分相对于绝缘组分的重量分数在1％-200％之间；乳化剂在水相中的浓度为0-1％(重量)；高分子分散助剂在水相中的浓度为0.1-5％(重量)。

该高介电常数的导电聚合物组分-绝缘组分复合材料水胶乳的制备方法包括以下步骤：

(1)在已制备好的基于水胶乳总重量计水含量为60-99.5％、高分子分散助剂含量为0.1-5％、导电聚合物含量为0.4％-34％的导电聚合物前体组分水胶乳中加入无机盐，维持水胶乳的pH值大于7；