基于羰基官能化聚硅氧烷的導電聚合物材料和它們的制備方法
【專利摘要】本申請公開了基于聚苯胺和羰基官能化聚硅氧烷的聚合物組合物以及制造這些聚合物組合物的方法。該聚合物組合物具有例如良好的溶解性、加工性、機械性能和導電性。
【專利說明】基于羰基官能化聚硅氧烷的導電聚合物材料和它們的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本申請涉及導電聚合物材料和它們的制備方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]由于廣闊的有前景的應用，導電聚合物例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物已經(jīng)被廣泛研究。然而，這些導電聚合物的應用可能受到它們在很多常用溶劑中的不溶性和差的加工性限制。這些導電聚合物可以與表現(xiàn)出所需機械性能的絕緣聚合物基質(zhì)混合，所述絕緣聚合物基質(zhì)例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基咔唑、聚(乙烯醇)、聚硅氧烷和聚碳酸酯。然而，由于差的相容性，這樣的復合材料易于相分離。取代基例如烷氧基或長鏈烷基可以被引入到苯胺中，來提高聚合物的可溶性和/或加工性，但所得產(chǎn)品的電導率顯著減小為中等的導電率(10_2-10_4S/cm)，并且制備方法可能被復雜化。對可以采用簡單制備程序制得的可加工導電聚合物存在需求。
[0004]發(fā)明概述
[0005]本文中公開的一些實施方式包括組合物，其包含第一聚合物和第二聚合物，其中所述第一聚合物包含至少一種由式I表示的第一單體單元和至少一種由式II表示的第二單體單元:
[0006]
【權(quán)利要求】
1.包含第一聚合物和第二聚合物的組合物，其中 所述第一聚合物包含至少一種由式I表示的第一單體單元和至少一種由式II表示的第二單體單元:
2.權(quán)利要求1的組合物，其中R1選自氫、C1-C6烷基和R6-COOR7,其中R6不存在或者是C1-C6烷基，R7是氫或C1-C6烷基；且R2是C1-C6烷基。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中R1和R2各自獨立地為C1-C6烷基。
4.權(quán)利要求1-3任一項的組合物，其中R3、R4和R5各自獨立地選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C2-C12炔基、苯基和C3-C12環(huán)烷基組成的組。
5.權(quán)利要求1-3任一項的組合物，其中R3、R4和R5各自獨立地選自甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、三氟丙基、苯基和乙烯基。
6.權(quán)利要求1-5任一項的組合物，其中所述第一單體單元是:
7.權(quán)利要求1-6任一項的組合物，其中所述重復單元選自:
8.權(quán)利要求1-6任一項的組合物，其中所述第二聚合物選自聚苯胺、聚亞苯基、聚噻吩、聚呋喃、聚吡咯、聚咔唑、聚苯撐乙烯(PPV)、聚苯撐乙炔(PPE)及其衍生物。
9.權(quán)利要求1-8任一項的組合物，其中所述組合物具有約1: 99至約99: I的所述第一聚合物與所述第二聚合物的重量比。
10.權(quán)利要求1-8任一項的組合物，其中所述組合物具有約5: 95至約90: 10的所述第一聚合物與所述第 二聚合物的重量比。
11.權(quán)利要求1-10任一項的組合物，其中所述第一聚合物與所述第二聚合物通過氫鍵結(jié)合 ?
12.權(quán)利要求1-11任一項的組合物，其中所述組合物具有約1.0X104g/mol至約3.5X105g/moI的平均分子量。
13.權(quán)利要求1-12任一項所述的組合物，其中所述組合物可溶于至少一種有機溶劑中。
14.權(quán)利要求1-13任一項 的組合物，其中所述有機溶劑選自甲苯、丙酮、四氫呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯乙酸(DCAA)及其任意組合。
15.權(quán)利要求1-14任一項的組合物，其中所述組合物具有約10_5S/cm至約20S/cm的電導率。
16.權(quán)利要求1-14任一項的組合物，其中所述組合物具有約0.lS/cm至約20S/cm的電導率。
17.權(quán)利要求1-14任一項的組合物，其中所述組合物具有約10S/cm至約20S/cm的電導率。
18.權(quán)利要求1-17任一項的組合物，其中所述組合物具有膜、膜層、棒、絲、纖維或其組合的形式。
19.權(quán)利要求1-17任一項的組合物，其中所述組合物具有膜的形式。
20.權(quán)利要求19的組合物，其中所述膜具有至少約5mm的平均厚度。
21.權(quán)利要求19的組合物，其中所述膜具有約0.1mm至約5mm的平均厚度。
22.權(quán)利要求19所述的組合物，其中所述膜具有約0.4mm的平均厚度。
23.權(quán)利要求19-21任一項的組合物，其中所述膜具有約3MPa至約6MPa的斷裂應力。
24.權(quán)利要求19- 23任一項的組合物，其中所述膜具有約IOOMPa至約200MPa的楊氏模量。
25.權(quán)利要求19-24任一項的組合物，其中所述膜具有約20%至約40%的斷裂應變。
26.制造導電聚合物組合物的方法，所述方法包括: 形成包含至少一種催化劑、聚甲基氫硅氧烷(PMHS)和由式III表示的化合物的第一混合物，
27.權(quán)利要求26的方法，其中所述化合物為甲基丙烯酸甲酯MMA、丙烯酸甲酯、甲叉丙二酸單甲酯或其組合。
28.權(quán)利要求26-27任一項的方法，其中所述氧化劑選自過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、FeCl3、碘酸鉀、過渡金屬鹽、過氧化氫及其組合。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述過渡金屬鹽選自Ce4+鹽、Cu2+鹽、Cr6+鹽、Mn7+鹽及其組合。
30.權(quán)利要求28的方法，其中所述過渡金屬鹽選自(NH4)2Ce (NO3) 6、CuCl2、K2CiO4和KMnO4O
31.權(quán)利要求26-27任一項的方法，其中所述氧化劑為過硫酸銨。
32.權(quán)利要求26-31任一項的方法，其中所述催化劑為Cp2PtCl2或H2PtCl6。
33.權(quán)利要求26-32任一項的方法，其中所述共聚物與所述苯胺單體的重量比為約10: I 至約 1: 20。
34.權(quán)利要求26-32任一項的方法，其中所述共聚物與所述苯胺單體的重量比為約4: I。
35.權(quán)利要求26-34任一項的方法，其中將所述第一混合物保持在約80°C至約120°C的溫度下。
36.權(quán)利要求26-35任一項的方法，其中將所述第一混合物保持約4小時至約24小時。
37.權(quán)利要求26-36任一項的方法，其中將所述第二混合物保持約24小時至約96小時。
38.權(quán)利要求26-36任一項的方法，其中形成第二混合物包括: 將所述共聚物與所述苯胺單體混合，以形成第三混合物； 將所述第三混合物保持在酸性條件下；和 向所述第三混合物中加 入所述氧化劑，以形成所述第二混合物。
39.權(quán)利要求38的方法，其中將所述第三混合物在酸性條件下保持約2小時至約8小時。
40.根據(jù)權(quán)利要求26-39任一項的方法制備的聚合物組合物。
41.制備導電聚合物膜的方法，該方法包括: 形成包含聚合物組合物和有機溶劑的混合物，其中所述聚合物組合物包含第一聚合物和第二聚合物，其中 所述第一聚合物包含至少一種由式IV表示的第一單體單元和至少一種由式V表示的第二單體單元:
42.權(quán)利要求41的方法，其中所述第一單體單元是:
43.權(quán)利要求41-42任一項的方法，其中所述第二聚合物選自聚苯胺、聚亞苯基、聚噻吩、聚呋喃、聚吡咯、聚咔唑、聚苯撐乙烯(PPV)、聚苯撐乙炔(PPE)及其衍生物。
44.權(quán)利要求41-43任 一項的方法，其中所述有機溶劑選自二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯乙酸(DCAA)及其組合。
45.權(quán)利要求44的方法，其中所述有機溶劑是DCAA。
46.權(quán)利要求41-45任一項的方法，其中將所述混合物與固體載體接觸約2小時至約48小時。
47.權(quán)利要求41-46任一項的方法，其中所述固體載體包含玻璃、聚甲基戊烯(TPX)、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其組合。
48.權(quán)利要求41-46任一項的方法，其中所述固體載體包含聚乙烯。
49.傳感器，包含: 在基底上的電極；和 覆蓋所述電極的傳感元件，其中所述傳感元件包含含有第一聚合物和第二聚合物的組合物，其中 所述第一聚合物包含至少一種由式VI表示的第一單體單元和至少一種由式VII表示的第二單體單元:
【文檔編號】C08L65/00GK103890086SQ201180074302
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】陸云, 王紅娟 申請人:南京大學