[发明专利]作为粘结剂的环糊精串接聚苯胺预聚体的制备及使用方法

说明书

本发明涉及功能高分子及其合成技术，旨在提供一种作为粘结剂的环糊精串接聚苯胺预聚体的制备及使用方法。包括：将β‑环糊精溶液滴加至苯胺溶液中，超声分散、搅拌降温，得到苯胺环糊精包合物溶液；将引发剂溶液滴加至其中，升温后超声分散，得到预聚体溶液；加热蒸发部分溶剂，备用。本发明得到的环糊精串接聚苯胺，其外侧羟基具有亲水性和粘结力，也能提高离子传导，其内侧空腔存在的聚苯胺长链高分子实现了电子在环糊精分子空腔内的传递，与传统粘结剂相比，得到的具有导电性的水溶性粘结剂，可以大大降低电极阻抗；本发明制备的粘结剂环保绿色，可有效提高锂离子电池、超级电容、碱性和酸性二次电池的性能。

技术领域

本发明涉及一种功能高分子及其合成技术，更具体的说，以苯胺为单体，利用环糊精空腔包容非极性分子的特点，实现聚苯胺分子长链贯穿环糊精空腔形成环糊精串接聚苯胺，具备导电性和粘结性的双功能高分子材料，以及基于环糊精串接聚苯胺作为导电粘结剂用于电极制备的使用方法。

背景技术

功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。例如吸水树脂，它是由水溶性高分子通过适度交联而制得，遇水时将水封闭在高分子的网络内，吸水后呈透明凝胶，因而产生吸水和保水功能。有些共轭双键体系的高分子如聚乙炔等，具有半导体性质，称为高分子半导体，如在电子非定域化的分子间分子轨道相互作用很强，则由于载流子的生成和转移容易进行，会表现出很强的电学性能，称为导电高分子。

聚苯胺是一种高分子化合物，具有特殊的电学、光学性质，经掺杂后可具有导电性及电化学性能。聚苯胺因其具有原料易得、合成工艺简单、化学及环境稳定性好等特点而得到了广泛的研究和应用。可应用于生物或化学传感器的尿素酶传感器、电子场发射源，作为锂电极材料具有更优异的充放电可逆性，也可应用于选择性膜材料、防静电和电磁屏蔽材料、导电纤维、防腐材料等等。

聚苯胺的导电性源于分子链中的π电子共轭结构：随分子链上π电子体系的扩大，π成键态和π*反键态分别形成价带和导带，这种非定域的π电子共轭结构经掺杂可形成P型和N型导电态。不同于其他导电高分子在氧化剂作用下产生阳离子空位的掺杂机制，聚苯胺的掺杂过程中电子数目不发生改变，而是由掺杂的质子酸分解产生H⁺和对阴离子(如Cl^-、硫酸根、磷酸根等)进入主链，与胺和亚胺基团中N原子结合形成极子和双极子，离域到整个分子链的共轭π键上，从而使聚苯胺呈现较高的导电性。这种独特的掺杂机制使得聚苯胺的掺杂和脱掺杂完全可逆，掺杂度受pH值和电位等因素的影响，并表现为外观颜色的相应变化，聚苯胺也因此具有电化学活性和电致变色特性。

环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称。环糊精分子具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构，在其空洞结构中，外侧上端(较大开口端)由C2和C3的仲羟基构成，下端(较小开口端)由C6的伯羟基构成；锥形的中空圆筒立体环状分子结构具有亲水性，而空腔内由于受到C-H键的屏蔽作用形成了疏水区。疏水性的空洞内可嵌入各种疏水有机化合物，形成包接复合物，并改变被包络物的物理和化学性质。可以在环糊精分子上交链许多官能团或将环糊精交链于聚合物上，进行化学改性或者以环糊精为单体进行聚合。环糊精分子含葡萄糖单元的分子数越多，疏水区空腔的空容越大，能够包容更大的疏水分子。其中含有7个葡萄糖单元分子的β-环糊精空腔尺寸与苯环尺寸相当，有利于形成苯胺环糊精包接复合物。环糊精分子锥形的中空圆筒立体环状结构外侧的仲羟基和伯羟基，具有形成氢键、配位和耦合能力，提供强大的粘结力。

电池性能主要取决于电极性能，电极是通过粘结剂将电化学活性物质颗粒与导电剂颗粒粘合到集电极上形成的。虽然粘结剂在电极中所占的质量比并不大，但粘结剂通常是绝缘体，电极的导电性能主要取决于粘结剂的导电能力。同时，粘结剂的粘结性能是决定电极寿命的关键因素。因此，粘结剂在电池技术中极为重要。