[发明专利]一种高导电率的PEDOT水分散体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电高分子技术领域，具体涉及一种高导电率的PEDOT水分散体及其制备方法。

背景技术

上世纪80年代末拜耳公司开发出新型聚噻吩衍生物聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)。PEDOT拥有高电导率(>10³S/cm)、薄膜高透明性、较好电化学稳定性等卓越性能成为导电高分子的研究热点。但PEDOT不溶不熔的特点限制了其工业应用，以水溶性聚合物聚苯乙烯磺酸钠(PSS)作为模板和掺杂剂克服了这一缺点，使其广泛应用在抗静电材料、有机发光二极体和太阳能电池等领域。

随着对PEDOT:PSS研究的不断深入，对PEDOT:PSS的性能也提出了越来越高的要求。PEDOT:PSS作为工业应用中最成功的导电聚合物，如何进一步提高PEDOT:PSS薄膜的导电性能成为了研究的热点。赫志红等发现DMSO后掺杂后PEDOT:PSS薄膜的导电性能提高了3个数量级；王铁军等发现PEG的加入使得载流子跃迁的能量降低而使得PEDOT:PSS的导电率提高；Desalegn Alemu等用甲醇后处理PEDOT:PSS薄膜使得PEDOT:PSS薄膜的导电率达到了1362 S/cm；Jianyong Quyang等通过两亲性含氟化合物处理PEDOT:PSS薄膜，使其的导电率从0.3 S/cm提高到了1164 S/cm。但是这些提高PEDOT:PSS导电率的方法主要是对PEDOT:PSS溶液的共混和薄膜的后处理来实现的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种以PSS-APEG共聚物为模板，氟醇化合物为添加剂的高导电性PEDOT水分散体及其制备方法。此方法制得的PEDOT:PSS-APEG薄膜不仅稳定性好、不易吸水，而且透明性好、导电性高。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种高导电率的PEDOT水分散体，包括聚合物PEDOT:PSS-APEG、氟醇化合物和水，聚合物PEDOT:PSS-APEG的结构式为：

其中，m为2～140，n为2～240，x为28。应当说明的是，除特殊指明外，文中PEDOT指代的是聚3,4-乙撑二氧噻吩〔Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)〕，PSS指代的是聚苯乙烯磺酸钠〔Poly(sodium-p-styrenesulfonate)〕，APEG指代的是烯丙基聚乙二醇(Acrylic polyethers)；SSNa指代的是苯乙烯磺酸钠，EDOT指代的是3,4-乙撑二氧噻吩，SSNa为PSS的单体，EDOT为PEDOT的单体。APEG的分子量为1000，市售。

进一步地，聚合物PEDOT:PSS-APEG以共聚物PSS-APEG为模板，聚合物PEDOT:PSS-APEG的重量为水分散体总重量的1～10％，氟醇化合物的重量为水分散体总重量的0.1～10％。

进一步地，氟醇化合物为三氟乙醇、四氟丙醇、六氟丁醇中的一种或几种。

一种高导电率的PEDOT水分散体的制备方法，具体步骤如下：

(1)共聚物PSS-APEG的合成：

在反应器中加入SSNa、APEG和去离子水，在N₂保护下溶解，加热至80～90℃时，缓慢滴入氧化剂，滴加结束后升温至90～100℃；反应4～6h后，用无水乙醇沉淀，重复沉淀3次后将白色沉淀物放入真空烘箱干燥。共聚物PSS-APEG的结构如下：

其中，m为2～140，x为28。

(2)聚合物PEDOT:PSS-APEG水分散体的制备：

将步骤(1)制得的共聚物PSS-APEG、EDOT、氟醇化合物和去离子水加入反应瓶中，30～45℃搅拌溶解，溶解完全后加入氧化剂、催化剂和异丙醇(IPA)，反应12～24h，反应过程中定时取样测转化率，得到水分散体；将水分散体通过阴阳离子交换树脂过滤纯化；将水分散体离心后去除上层液，取沉淀用蒸馏水稀释后再次分散溶解，再次以同样的方式离心后去除上层液，反复三次上述离心操作后，最后将沉淀用去离子水稀释后超声分散1h，得含PEDOT:PSS-APEG的深蓝色水分散体。聚合物PEDOT:PSS-APEG的结构式为：

其中，m为2～140，n为2～240，x为28。

进一步地，步骤(1)中氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或几种。

进一步地，步骤(1)中SSNa和APEG的摩尔比＝(1～50):1，氧化剂和SSNa的摩尔比＝(100～300):1。