[其他]導電性聚合物復合材料，制法及應用

在審

• 申請號: 101986000001389
• 申請日: 1986-03-07
• 公開（公告）號: CN86101389B
• 公開（公告）日: 1987-09-23
• 發明（設計）人: 錢人元;陳雨萍;何嘉松;吳美琰;邱金金
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 代理公司: 中國科學院化學科研所
• 代理人: 許淑芳

本發明的導電性聚合物復合材料由帶有抗衡離子的大共軛結構的導電聚合物和具有一定形狀的電絕緣的柔性鏈聚合物組成。采用先通過溶脹使所述導電聚合物的單體分子進入所述柔性鏈聚合物基體，再在所述氧化劑的作用下使單體在基體中原地聚合的方法制造。得到保持原有形狀的制品可直接或加工后作為半導性或導電性制件、結構制件使用。

本發明是關于由導電聚合物和柔性鏈聚合物組成的導電性聚合物復合材料，制造方法及應用。

近年來，具有大共軛雙鍵結構的高分子電荷轉移復合物引起了人們廣泛的興趣。在這一大類導電聚合物中，聚吡咯又有其特別的意義。因為它熱穩定性好，易于用無毒的氧化劑摻雜，可以用電化學方法制備成導電的聚合物薄膜，同時可通過控制電解條件來改變所得薄膜的導電性能。然而，其制備方法一直為電化學聚合法，需要使用工作電極、對電極和參考電極。得到的聚吡咯有的是附著在金屬電極上的膜，或者與支持電極一起使用，或者剝離下來使用（EP0142089，DE3318856，DE3318857）;有的是包覆在具有大共軛雙鍵結構的聚乙炔表面，形成P-摻雜的復合材料（EP0145843）;有的是形成在預先浸漬有電解質的多孔性不導電的平面載體上（DE3327012）。由于在電化學聚合中，聚吡咯只能形成在導電的極板上，而聚吡咯又不溶不熔，難以加工成各種形狀的產品，其應用現在以作電極材料或電極保護膜居多。因此，現有的制備方法限制了這類導電聚合物材料的使用范圍。也可以用溶液聚合的方法制備成導電的聚合物粉末（US4567250）。然而，不論是薄膜還是粉末，因為有限的外形限制了這類導電聚合物材料的使用范圍。有一種技術（DE3321281）將固體可浸漬材料先浸在含氧化劑的溶液中，再在液態吡咯或氣態吡咯的作用下使吡咯滲入可浸漬材料并聚合，以此提高后者的電導率。這兒的可浸漬材料是指以纖維素為基礎的材料，如硬紙板、紙、纖維;棉花織物或非織物;多孔材料。可見此法是利用可浸漬材料的吸附能力。

而與此同時，人們對纖維增強塑料的研究已引出了一類新的聚合物復合材料。其基本思想是將具有大的長徑比的剛性棒狀分子的聚合物作為第一組分，以“分子級”的水平均勻分散在作為第二組分的柔性鏈聚合物基體中，由此得到所謂的“分子復合材料”（GB2008598A;WO79/01029）。制備方法為處理上述二種組分的溶液的共沉淀法和嵌段共聚法。這種復合材料仍具有柔性鏈聚合物的可加工性，可以用注塑、擠塑、單雙軸拉伸等制成所需形狀的產品。而其力學與物理性能，由于剛性鏈分子的增強作用，已大大勝過作為基體的純柔性鏈聚合物，成為可以代替金屬（如：鋁）的輕質、高強度、高模量、耐熱的結構材料。

本發明的目的在于，以復合材料結構的概念，使聚合后能成為帶有抗衡離子的、完全共軛的導電聚合物的單體，在已具有一定形狀的電絕緣的柔性鏈聚合物體內原地聚合，得到比已往應用更廣的導電的或半導性的聚合物復合材料。

聚合物可以被一種或多種純溶劑或混合溶劑所溶脹。利用溶脹過程，使溶劑和單體分子進入聚合物中，接著讓擴散在聚合物體內的單體分子原地聚合，這樣就形成一種包含兩種組分的聚合物復合材料。本發明的技術特征之一在于選擇能成為帶有抗衡離子的、完全共軛結構的導電聚合物的單體，使其均勻擴散在柔性鏈聚合物體內并原地聚合，來制造導電性的聚合物復合材料。它的制法區別于已有技術的電化學聚合法，它的組成和性能區別于已有的聚合物復合材料。

從重量分數而言，基體聚合物在發明所制備的導電性聚合物復合材料中占60-99.9%。目的是通過引入導電聚合物來改變它的導電性能，使它從電絕緣體變為導體或半導體。當然，由于導電的大π鍵共軛結構聚合物分子是剛性的，這會對基體聚合物有增強作用，所以后者的力學和熱學性能隨之也有改善。本發明的技術特征之二是使用具有一定形狀的電絕緣的柔性鏈聚合物作為基體，如：纖維、織物、薄膜、氈、紙、泡沫、橡膠或其它制作。它們可以是天然高分子，如：棉花、蠶絲、木質素、羊毛、天然橡膠等;也可以是合成高分子，如：聚酰胺、聚酯、聚胺酯、聚烯烴、聚乙烯醇縮醛等。從高分子聚集態結構說，可以是完全非晶的，部分結晶的或已取向的。

本發明的技術特征之三是選擇單體。首先，它必須在聚合后能成為帶有抗衡離子的、完全共軛的導電聚合物。其次，由于本發明的技術特征之一是單體在聚合物基體中的原地聚合，區別于已有技術的電化學聚合，所以要求單體在氧化劑的存在下可以在溶液中氧化、聚合。可供選擇的有：