[发明专利]用部分取代的聚合物作为掺杂剂合成的导电聚合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用部分具有取代基的聚合物掺杂剂来合成导电聚合物的方法。更具体地，本发明涉及一种合成导电聚合物的方法，该导电聚合物在需要的位置以需要的量具有部分取代的部分，以用作导电聚合物的掺杂剂，留下的未取代部分起到保持机械性能或决定在溶剂中的溶解度的作用。

背景技术

通常，由电绝缘体得到的导电聚合物是通过掺杂工艺来赋予导电性的。此外，导电聚合物由于离域双键(delocalized double bond)的强相互作用，而具有非常低的溶解度。要使用导电聚合物，就需要掺杂工艺来呈现导电性。另外，导电聚合物应具有适于抗静电产品或电磁干扰(EMI)屏蔽材料的商业应用的溶解度。因此，就提高导电性和溶解度的目的而言，掺杂剂的使用至关重要。同样地，为起到掺杂剂的作用，预定的化合物应该在导电聚合物的主链上形成极化子，而且由于带正电或负电，该预定的化合物还应具有离解性能。

为此，用于导电聚合物的掺杂剂主要以具有官能团如磷酸基、羧基或磺酸基的化合物为例子。这些化合物中，为了具有高导电性和优异的掺杂性能，最优选具有磺酸基的化合物。尤其，在具有磺酸基的化合物中，单体化合物的例子包括十二烷基苯磺酸、樟脑磺酸、对甲苯磺酸、萘磺酸、甲苯磺酸铁(ferric toluene sulfonic acid)、三氟甲基磺酸和溴苯磺酸，聚合物掺杂剂的例子包括聚苯乙烯磺酸。但是，这些掺杂剂有一些问题。那就是，尽管单体磺酸如十二烷基苯磺酸具有相对较好的掺杂性能，但是由于分子量低，会在使用中从导电聚合物的主链被除去。另外，在高温和长时间的条件下，会发生掺杂剂的去掺杂(dedoping)。而且，对于商购的传统掺杂剂，例如100％磺化的聚苯乙烯磺酸，导电聚合物与具有高分子量的磺化的苯乙烯聚合物的主链连接并由此与该传统的掺杂剂掺杂(Baytron P.Bayrton PH，H.C.Starck)，但是这有两个缺点。首先，由于100％磺化的苯乙烯聚合物主链上存在离子而在机械性能上变得太脆，因此该聚合物具有较差的性能。其次，100％磺化的聚合物具有很高的极性并因此仅溶于水。

因此，需要进行技术开发以合成出具有优异机械性能并同时抑制单体掺杂剂的去掺杂性能，且在除水以外的溶剂中具有相当好的溶解度的导电聚合物。

发明内容

根据上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种合成导电聚合物的方法，其中，采用部分取代的低聚物或聚合物作为导电聚合物的掺杂剂，由此呈现出比使用单体掺杂剂时较小的去掺杂性能，并呈现出比使用全部仅具有磺酸基团的聚合物掺杂剂时更佳的机械性能，以及在除水之外的其他溶剂中的更佳的溶解度。

为实现上述目的，本发明提供了一种含有掺杂剂的导电聚合物，其中，所述掺杂剂为部分具有取代基的聚合物、低聚物、或聚合物和低聚物的混合物，并用于合成导电聚合物，由于掺杂剂溶解在水或有机溶剂中，该合成的导电聚合物显现出优异的机械性能。

另外，本发明还提供了一种合成导电聚合物的方法，该方法包括：用取代基取代部分聚合物或低聚物而形成掺杂剂；将导电聚合物的单体与部分具有磺酸基的聚合物混合，从而合成了掺杂的导电聚合物，然后洗涤并干燥以去除未反应的物质，或者先合成导电聚合物，然后与预先制备并提纯的部分磺化的聚合物混合，随后进行掺杂。

同样地，通过将磺酸基引入可以磺化的聚合物或通过将具有磺酸基的单体共聚来制备掺杂剂，以形成部分磺化的低聚物或聚合物。

根据本发明，在合成导电聚合物时，由于使用部分具有取代基的聚合的掺杂剂，因此可以抑制由于使用单体掺杂剂而导致的去掺杂性能，从而稳定地起作用。而且，相对于全部具有取代基例如磺酸基的聚合物的有限的溶解度和差的机械性能，本发明合成的导电聚合物可以具有更好的机械性能，并且由于存在未取代的部分而具有更佳的溶解度。

具体实施方式

根据本发明，掺杂剂是以通常的官能团例如磺酸基、磷酸基和羧基部分取代的低聚物和/或聚合物。这样，本发明的特征在于使用部分具有取代基的低聚物掺杂剂和/或聚合物掺杂剂来合成导电聚合物。由于与使用常规单体掺杂剂相比，由此合成的导电聚合物的去掺杂性能受到抑制以及机械性能得到提高，这是非常有利的。下面，对磺酸基的应用作为例子加以描述。

本发明中，制备部分磺化的磺酸低聚物或磺酸聚合物作为掺杂剂的步骤，被认为是至关重要的。这是因为，部分聚合物链被磺化以起到掺杂剂的作用，而其余未被磺化的部分起到决定溶解度和机械性能的作用。制备部分磺化的聚合物的方法被划分为两种技术。