[发明专利]一种聚(3-丁基噻吩)嵌段共聚物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚(3-丁基噻吩)嵌段共聚物及其制备方法及其制备方法，具体涉及一种由一段为聚(3-丁基噻吩)，另一段为绝缘聚合物组成的嵌段共聚物及其制备方法。

背景技术

作为被研究最为广泛的聚噻吩衍生物，聚3烷基噻吩在保持了聚噻吩高电导率，化学稳定性等优点的同时，大大改善了聚噻吩溶解性能不好的缺点，可溶于多种有机溶剂。在各种不同支链长度的噻吩中，又以聚3己基噻吩的迁移率最大，研究得也最活跃。但近年来，人们正逐渐认识到聚3丁基噻吩具有能和聚3己基噻吩相媲美的研究价值，尤其是在2007年，聚3丁基的噻吩被发现能良好的溶解在二硫化碳中之后(Adv.Mater.2007，19，3594)，对其作为光电材料中的研究越来越多。聚3己基噻吩和常用绝缘聚烯烃的嵌段共聚物的研究在本世纪初便已开始(Angew.Chem.2002，41，329)，科学家们发现这种共聚物和纯聚3己基噻吩相比，在改善了其机械性能的同时，其电导率只会轻微降低而电荷迁移率甚至会升高(Adv.Funct.Mater.2007，17，2674-2679)。而最新研究表明聚3丁基噻吩和常用绝缘聚合物的共混物的电导率比纯聚3丁基噻吩高五到六倍(Macromolecules2007，40，6579)，这很可能是因为聚3丁基噻吩较强的结晶性能使其能在纳米尺度形成很长的纳米纤维，而具有较低介电常数绝缘聚合物能有效提高半导体相的载流子迁移率，从而提高电导率。合成聚3丁基噻吩和常用绝缘聚合物的共聚物的意义在于，因为和共混物相比，共聚物更易于在微观尺度上控制聚合物之间的相分离，从而形成更加确定的微观形貌，得到能够预期的宏观光电性能。这使其在聚合物发光二极管，聚合物场效应管，聚合物体异质结太阳能电池，电化学器件等领域具有潜在的应用前景。

发明内容

发明提供一种聚(3-丁基噻吩)嵌段共聚物及其制备方法。本发明使用带有功能型端基的聚3丁基噻吩作为大分子引发剂，通过原子转移自由基聚合合成了一系列聚3丁基噻吩和常用绝缘聚烯烃的嵌段共聚物，这不仅极大降低了这类光电材料成本，而且还提高材料的机械强度和加工性能，并且其电性能(如电荷迁移率等)并没有明显的下降。

本发明的一种聚(3-丁基噻吩)嵌段共聚物，是聚3丁基噻吩和绝缘性聚烯烃的嵌段共聚物，其重复结构单元如下：

式中，R代表苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或异戊二烯；聚合度分别为n＝20～100，m＝20～250。

本发明发明涉及一种聚(3-丁基噻吩)嵌段共聚物的制备方法如下：

1)将Schlenk反应器先烘干再通氩气冷却，在真空度为-0.1Mpa状态下，用煤气灯烘烤10分钟，让其在真空状态下自然冷却，再通入氩气，反应以2-溴-异丁酸乙酯基封端聚3丁基噻吩为大分子引发剂，单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或异戊二烯，1，2，4-三氯苯为反应溶剂，氯化亚铜为催化剂，N，N，N，N，N-五甲基二亚乙基三胺为配体，单体：大分子引发剂的摩尔配比为300∶1至1000∶1；大分子引发剂：催化剂摩尔配比为1∶1至1∶2；大分子引发剂：配体的摩尔配比为1∶2；单体和溶剂的体积比1∶2；

先将除配体外其他原料加入反应器，将反应器的反应体系封闭，用液氮冷却至反应器的反应体系完全凝固为固体，在此条件下将反应器抽真空至-0.1Mpa共10分钟，然后将反应器放入室温条件下解冻，待反应器中固体完全溶化后，通入氩气10分钟，然后再重复循环以上步骤3次，最后加入配体，再将反应器放入80℃～110℃的油浴中搅拌，反应时间为1.5小时至30小时，反应结束，将反应液倒入甲醇中沉降；

2)将步骤1)的沉降于甲醇中的共聚物抽滤，滤得的固体用甲醇常温搅拌洗涤，然后抽滤，将滤得的共聚物在真空度为-0.1Mpa条件下烘干，再将该烘干的共聚物溶于四氢呋喃中，将溶液通过中性氧化铝柱，最后将溶液浓缩后再次沉降在甲醇中，抽滤，在真空度为-0.1Mpa条件下烘干，得到一种聚(3-丁基噻吩)嵌段共聚物。