[发明专利]一种热电聚合物膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种热电聚合物膜及其制备方法，该热电聚合物膜的制备方法包括如下步骤：(1)将甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯溶解于溶剂中，逐滴加入引发剂，进行聚合反应得到初始乳液；(2)向初始乳液中继续加入甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯/甲基丙烯酸羟丙酯、引发剂和交联剂进行聚合反应，反应结束后过滤得到聚合物微球乳液；(3)将聚合物微球乳液、水性聚氨酯和导电聚合物混合，涂装在基材上，干燥后即得热电聚合物膜；所述导电聚合物包括碳纳米管和/或聚吡咯。本发明的热电聚合物膜具有优异的柔韧性和可拉伸性，同时具有良好的热电性能，Seebeck系数可达到34.2μW.K^‑1。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种热电聚合物膜及其制备方法。

背景技术

热电材料是能够实现热能和电能转化的功能材料，与由金属及金属合金制成的热电材料相比，热电聚合物因其具有制备方法简单、资源丰富、容易成型等优点而广受关注。

将聚合物和无机物复合制成聚合物/无机复合材料可以结合有机和无机成分的优势，通过适当的形态控制和牢固的界面相互作用，可以显著增强聚合物的机械性能并展示出出色的光学、导电和热电等功能。例如由聚苯胺原位聚合包裹PEDOT修饰纳米碳形成的复合热电材料具有较好的导电率和热电性能，然而其机械性能不足。以聚苯乙烯乳液形成核壳乳液粒子，并结合交联剂和碳纳米管形成的3D复合热电材料克服了热电聚合物机械不足的问题，具有较高的拉伸强度和良好的柔韧性，然而其Seebeck系数较低，在27μW.K^-1以下，热电性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热电聚合物膜及其制备方法，该热电聚合物膜兼具良好的热电性能和机械性能。

本发明所提供的热电聚合物膜由包括如下步骤的制备方法制得：

(1)将甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯溶解于溶剂中，逐滴加入引发剂，进行聚合反应得到初始乳液；

(2)向初始乳液中加入甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯/甲基丙烯酸羟丙酯、引发剂和交联剂进行聚合反应，反应结束后过滤得到聚合物微球乳液；

(3)将聚合物微球乳液、水性聚氨酯和导电聚合物混合，涂装在基材上，干燥后即得热电聚合物膜；

所述导电聚合物包括碳纳米管和/或聚吡咯。

在一些实施例中，步骤(1)中甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯等丙烯酸单体与步骤(2)中甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯/甲基丙烯酸羟丙酯等丙烯酸单体的质量比为3：(6～10)，优选3：7。

进一步，步骤(1)和步骤(2)中所述聚合反应的温度为60～100℃。

进一步，步骤(1)所述聚合反应的时间加上步骤(2)中所述聚合反应的时间为4～10h。

进一步，步骤(3)中，所述干燥步骤先经30～90℃预干燥0.1～2h，然后在120～170℃下烘焙0.1～2h。

进一步，所述导电聚合物掺有碳纳米管。在一些实施例中所述导电聚合物由聚吡咯或聚噻吩与碳纳米管按照有效含量质量比为1:1～1:10混合而成。

进一步，所述聚合物微球乳液、水性聚氨酯和导电聚合物的有效成分质量比为9～10：0.2～1：20～100。

进一步，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的至少一种。

进一步，所述交联剂选自二乙烯基苯。

进一步，所述基材选自玻璃、金属、木器、陶瓷、聚合物、聚四氟乙烯板中的任意一种。

进一步，所述水性聚氨酯由如下方法制备得到：