[发明专利]聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液及其制备方法

说明书

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及一种聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液及其制备方法，包括下述步骤：WNTs与PSS制成悬浊液；超声，即制得PSS/WNTs；EDOT分散于PSS/WNTs，高速搅拌或高压均质形成分散液；分散液中滴加提前混合好的氧化剂和催化剂的水溶液反应；反应液经过过滤除杂，离子交换除盐；高压均质后，即得到PEDOT/PSS/WNTs。本发明利用两步反应，先将聚苯乙烯磺酸与碳纳米管复合，增加碳纳米管在水中的分散性和反应活性，再将第一步反应的产物，与EDOT进行氧化聚合反应，从而制备出PEDOT/PSS/WNTs复合导电分散液，该分散液分散稳定，导电性能优越。

技术领域

本发明属于高分子功能材料领域，具体涉及一种聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液及其制备方法。

背景技术

导电聚合物中，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)因其特有的高电导率，高稳定性和掺杂态的高透明性等优点，在抗静电涂层、导电薄膜、电致发光器件、有机电容器、电致变色器件、光伏电池、有机发光二极管和有机传感器等诸多方面都有广泛的实际用途及应用前景。尽管如此，人们对材料更高性能的追求从未停止。经过文献调研发现，尽管聚(3，4-乙烯二氧噻吩)或是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸钠具有一些其他聚合物难以比拟的优异性能，然而，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)仍然有很大的可以提高的空间。众所周知，碳纳米管(CNTs)有很好的力学性能、导电性能和导热性能等。且研究结果发现CNTs与聚噻吩层之间具有一定的相互作用，多壁碳纳米管表面上离域的π电子与聚噻吩之间可以形成π-π共轭，能有效延长聚噻吩共轭链的长度，将二者制备成复合材料，不但可以提高聚噻吩导电聚合物的导电性能，机械性能等，而且对开发新型功能材料具有重要的实际意义。

但CNTs与其他纳米粒子一样，具有很大的表面自由能和长径比，缠绕和团聚是其主要存在方式，难以均匀分散在溶剂中是限制碳纳米管应用范围的主要原因。因此很难将CNTs与聚噻吩直接进行复合制备。通过聚苯乙烯磺酸对CNTs进行表面改性，将聚苯乙烯磺酸包裹在CNTs表面，使CNTs表面包裹大量的带有负电荷的聚合物链，从而使其均匀分散在水中。同时，聚苯乙烯磺酸的存在，也使制成PEDOT/PSS/WNTs，一方面体系的电中性得到了保证，另一方面过量的PSS离子之间的静电斥力阻碍了PEDOT/PSS/WNTs颗粒的团聚，使得获得稳定的PEDOT/PSS/WNTs水溶液成为了可能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液的及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液的制备方法，包括下述步骤：

(1)：碳纳米管WNTs与聚对苯乙烯磺酸PSS按一定的质量比，加入水中，室温下高速搅拌30min制成悬浊液；

(2)：将步骤(1)中的悬浊液超声，控制水温在37℃以下，即制得聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合分散液PSS/WNTs；

(3)：将乙撑二氧噻吩EDOT分散于步骤(2)制备的聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合分散液PSS/WNTs中，温度控制在20℃以下，高速搅拌或高压均质形成分散液；

(4)：将步骤(3)形成的分散液，加入N₂保护下的反应器中，向反应器中滴加提前混合好的氧化剂和催化剂的水溶液，15-45℃下反应24h；

(5)：将步骤(4)得到的反应液，经过过滤除杂，离子交换除盐；高压均质后，即得到聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液PEDOT/PSS/WNTs。

步骤(1)中聚对苯乙烯磺酸PSS浓度为5g/L-50g/L，碳纳米管WNTs的浓度为0.375-7g/L；PSS固体与WNTs的至质量比为100-300∶1。