[其他]导电性聚合物复合材料，制法及应用

说明书

本发明的导电性聚合物复合材料由带有抗衡离子的大共轭结构的导电聚合物和具有一定形状的电绝缘的柔性链聚合物组成。采用先通过溶胀使所述导电聚合物的单体分子进入所述柔性链聚合物基体，再在所述氧化剂的作用下使单体在基体中原地聚合的方法制造。得到保持原有形状的制品可直接或加工后作为半导性或导电性制件、结构制件使用。

本发明是关于由导电聚合物和柔性链聚合物组成的导电性聚合物复合材料，制造方法及应用。

近年来，具有大共轭双键结构的高分子电荷转移复合物引起了人们广泛的兴趣。在这一大类导电聚合物中，聚吡咯又有其特别的意义。因为它热稳定性好，易于用无毒的氧化剂掺杂，可以用电化学方法制备成导电的聚合物薄膜，同时可通过控制电解条件来改变所得薄膜的导电性能。然而，其制备方法一直为电化学聚合法，需要使用工作电极、对电极和参考电极。得到的聚吡咯有的是附着在金属电极上的膜，或者与支持电极一起使用，或者剥离下来使用（EP0142089，DE3318856，DE3318857）;有的是包覆在具有大共轭双键结构的聚乙炔表面，形成P-掺杂的复合材料（EP0145843）;有的是形成在预先浸渍有电解质的多孔性不导电的平面载体上（DE3327012）。由于在电化学聚合中，聚吡咯只能形成在导电的极板上，而聚吡咯又不溶不熔，难以加工成各种形状的产品，其应用现在以作电极材料或电极保护膜居多。因此，现有的制备方法限制了这类导电聚合物材料的使用范围。也可以用溶液聚合的方法制备成导电的聚合物粉末（US4567250）。然而，不论是薄膜还是粉末，因为有限的外形限制了这类导电聚合物材料的使用范围。有一种技术（DE3321281）将固体可浸渍材料先浸在含氧化剂的溶液中，再在液态吡咯或气态吡咯的作用下使吡咯渗入可浸渍材料并聚合，以此提高后者的电导率。这儿的可浸渍材料是指以纤维素为基础的材料，如硬纸板、纸、纤维;棉花织物或非织物;多孔材料。可见此法是利用可浸渍材料的吸附能力。

而与此同时，人们对纤维增强塑料的研究已引出了一类新的聚合物复合材料。其基本思想是将具有大的长径比的刚性棒状分子的聚合物作为第一组分，以“分子级”的水平均匀分散在作为第二组分的柔性链聚合物基体中，由此得到所谓的“分子复合材料”（GB2008598A;WO79/01029）。制备方法为处理上述二种组分的溶液的共沉淀法和嵌段共聚法。这种复合材料仍具有柔性链聚合物的可加工性，可以用注塑、挤塑、单双轴拉伸等制成所需形状的产品。而其力学与物理性能，由于刚性链分子的增强作用，已大大胜过作为基体的纯柔性链聚合物，成为可以代替金属（如：铝）的轻质、高强度、高模量、耐热的结构材料。

本发明的目的在于，以复合材料结构的概念，使聚合后能成为带有抗衡离子的、完全共轭的导电聚合物的单体，在已具有一定形状的电绝缘的柔性链聚合物体内原地聚合，得到比已往应用更广的导电的或半导性的聚合物复合材料。

聚合物可以被一种或多种纯溶剂或混合溶剂所溶胀。利用溶胀过程，使溶剂和单体分子进入聚合物中，接着让扩散在聚合物体内的单体分子原地聚合，这样就形成一种包含两种组分的聚合物复合材料。本发明的技术特征之一在于选择能成为带有抗衡离子的、完全共轭结构的导电聚合物的单体，使其均匀扩散在柔性链聚合物体内并原地聚合，来制造导电性的聚合物复合材料。它的制法区别于已有技术的电化学聚合法，它的组成和性能区别于已有的聚合物复合材料。

从重量分数而言，基体聚合物在发明所制备的导电性聚合物复合材料中占60-99.9%。目的是通过引入导电聚合物来改变它的导电性能，使它从电绝缘体变为导体或半导体。当然，由于导电的大π键共轭结构聚合物分子是刚性的，这会对基体聚合物有增强作用，所以后者的力学和热学性能随之也有改善。本发明的技术特征之二是使用具有一定形状的电绝缘的柔性链聚合物作为基体，如：纤维、织物、薄膜、毡、纸、泡沫、橡胶或其它制作。它们可以是天然高分子，如：棉花、蚕丝、木质素、羊毛、天然橡胶等;也可以是合成高分子，如：聚酰胺、聚酯、聚胺酯、聚烯烃、聚乙烯醇缩醛等。从高分子聚集态结构说，可以是完全非晶的，部分结晶的或已取向的。

本发明的技术特征之三是选择单体。首先，它必须在聚合后能成为带有抗衡离子的、完全共轭的导电聚合物。其次，由于本发明的技术特征之一是单体在聚合物基体中的原地聚合，区别于已有技术的电化学聚合，所以要求单体在氧化剂的存在下可以在溶液中氧化、聚合。可供选择的有：