基于羰基官能化聚硅氧烷的导电聚合物材料和它们的制备方法
【专利摘要】本申请公开了基于聚苯胺和羰基官能化聚硅氧烷的聚合物组合物以及制造这些聚合物组合物的方法。该聚合物组合物具有例如良好的溶解性、加工性、机械性能和导电性。
【专利说明】基于羰基官能化聚硅氧烷的导电聚合物材料和它们的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及导电聚合物材料和它们的制备方法。
[0002]发明背景
[0003]由于广阔的有前景的应用，导电聚合物例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物已经被广泛研究。然而，这些导电聚合物的应用可能受到它们在很多常用溶剂中的不溶性和差的加工性限制。这些导电聚合物可以与表现出所需机械性能的绝缘聚合物基质混合，所述绝缘聚合物基质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，这样的复合材料易于相分离。取代基例如烷氧基或长链烷基可以被引入到苯胺中，来提高聚合物的可溶性和/或加工性，但所得产品的电导率显著减小为中等的导电率(10_2-10_4S/cm)，并且制备方法可能被复杂化。对可以采用简单制备程序制得的可加工导电聚合物存在需求。
[0004]发明概述
[0005]本文中公开的一些实施方式包括组合物，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种由式I表示的第一单体单元和至少一种由式II表示的第二单体单元:
[0006]
【权利要求】
1.包含第一聚合物和第二聚合物的组合物，其中 所述第一聚合物包含至少一种由式I表示的第一单体单元和至少一种由式II表示的第二单体单元:
2.权利要求1的组合物，其中R1选自氢、C1-C6烷基和R6-COOR7,其中R6不存在或者是C1-C6烷基，R7是氢或C1-C6烷基；且R2是C1-C6烷基。
3.权利要求1的组合物，其中R1和R2各自独立地为C1-C6烷基。
4.权利要求1-3任一项的组合物，其中R3、R4和R5各自独立地选自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C2-C12炔基、苯基和C3-C12环烷基组成的组。
5.权利要求1-3任一项的组合物，其中R3、R4和R5各自独立地选自甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、三氟丙基、苯基和乙烯基。
6.权利要求1-5任一项的组合物，其中所述第一单体单元是:
7.权利要求1-6任一项的组合物，其中所述重复单元选自:
8.权利要求1-6任一项的组合物，其中所述第二聚合物选自聚苯胺、聚亚苯基、聚噻吩、聚呋喃、聚吡咯、聚咔唑、聚苯撑乙烯(PPV)、聚苯撑乙炔(PPE)及其衍生物。
9.权利要求1-8任一项的组合物，其中所述组合物具有约1: 99至约99: I的所述第一聚合物与所述第二聚合物的重量比。
10.权利要求1-8任一项的组合物，其中所述组合物具有约5: 95至约90: 10的所述第一聚合物与所述第 二聚合物的重量比。
11.权利要求1-10任一项的组合物，其中所述第一聚合物与所述第二聚合物通过氢键结合 ?
12.权利要求1-11任一项的组合物，其中所述组合物具有约1.0X104g/mol至约3.5X105g/moI的平均分子量。
13.权利要求1-12任一项所述的组合物，其中所述组合物可溶于至少一种有机溶剂中。
14.权利要求1-13任一项 的组合物，其中所述有机溶剂选自甲苯、丙酮、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯乙酸(DCAA)及其任意组合。
15.权利要求1-14任一项的组合物，其中所述组合物具有约10_5S/cm至约20S/cm的电导率。
16.权利要求1-14任一项的组合物，其中所述组合物具有约0.lS/cm至约20S/cm的电导率。
17.权利要求1-14任一项的组合物，其中所述组合物具有约10S/cm至约20S/cm的电导率。
18.权利要求1-17任一项的组合物，其中所述组合物具有膜、膜层、棒、丝、纤维或其组合的形式。
19.权利要求1-17任一项的组合物，其中所述组合物具有膜的形式。
20.权利要求19的组合物，其中所述膜具有至少约5mm的平均厚度。
21.权利要求19的组合物，其中所述膜具有约0.1mm至约5mm的平均厚度。
22.权利要求19所述的组合物，其中所述膜具有约0.4mm的平均厚度。
23.权利要求19-21任一项的组合物，其中所述膜具有约3MPa至约6MPa的断裂应力。
24.权利要求19- 23任一项的组合物，其中所述膜具有约IOOMPa至约200MPa的杨氏模量。
25.权利要求19-24任一项的组合物，其中所述膜具有约20%至约40%的断裂应变。
26.制造导电聚合物组合物的方法，所述方法包括: 形成包含至少一种催化剂、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)和由式III表示的化合物的第一混合物，
27.权利要求26的方法，其中所述化合物为甲基丙烯酸甲酯MMA、丙烯酸甲酯、甲叉丙二酸单甲酯或其组合。
28.权利要求26-27任一项的方法，其中所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、FeCl3、碘酸钾、过渡金属盐、过氧化氢及其组合。
29.权利要求28的方法，其中所述过渡金属盐选自Ce4+盐、Cu2+盐、Cr6+盐、Mn7+盐及其组合。
30.权利要求28的方法，其中所述过渡金属盐选自(NH4)2Ce (NO3) 6、CuCl2、K2CiO4和KMnO4O
31.权利要求26-27任一项的方法，其中所述氧化剂为过硫酸铵。
32.权利要求26-31任一项的方法，其中所述催化剂为Cp2PtCl2或H2PtCl6。
33.权利要求26-32任一项的方法，其中所述共聚物与所述苯胺单体的重量比为约10: I 至约 1: 20。
34.权利要求26-32任一项的方法，其中所述共聚物与所述苯胺单体的重量比为约4: I。
35.权利要求26-34任一项的方法，其中将所述第一混合物保持在约80°C至约120°C的温度下。
36.权利要求26-35任一项的方法，其中将所述第一混合物保持约4小时至约24小时。
37.权利要求26-36任一项的方法，其中将所述第二混合物保持约24小时至约96小时。
38.权利要求26-36任一项的方法，其中形成第二混合物包括: 将所述共聚物与所述苯胺单体混合，以形成第三混合物； 将所述第三混合物保持在酸性条件下；和 向所述第三混合物中加 入所述氧化剂，以形成所述第二混合物。
39.权利要求38的方法，其中将所述第三混合物在酸性条件下保持约2小时至约8小时。
40.根据权利要求26-39任一项的方法制备的聚合物组合物。
41.制备导电聚合物膜的方法，该方法包括: 形成包含聚合物组合物和有机溶剂的混合物，其中所述聚合物组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种由式IV表示的第一单体单元和至少一种由式V表示的第二单体单元:
42.权利要求41的方法，其中所述第一单体单元是:
43.权利要求41-42任一项的方法，其中所述第二聚合物选自聚苯胺、聚亚苯基、聚噻吩、聚呋喃、聚吡咯、聚咔唑、聚苯撑乙烯(PPV)、聚苯撑乙炔(PPE)及其衍生物。
44.权利要求41-43任 一项的方法，其中所述有机溶剂选自二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、二氯乙酸(DCAA)及其组合。
45.权利要求44的方法，其中所述有机溶剂是DCAA。
46.权利要求41-45任一项的方法，其中将所述混合物与固体载体接触约2小时至约48小时。
47.权利要求41-46任一项的方法，其中所述固体载体包含玻璃、聚甲基戊烯(TPX)、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其组合。
48.权利要求41-46任一项的方法，其中所述固体载体包含聚乙烯。
49.传感器，包含: 在基底上的电极；和 覆盖所述电极的传感元件，其中所述传感元件包含含有第一聚合物和第二聚合物的组合物，其中 所述第一聚合物包含至少一种由式VI表示的第一单体单元和至少一种由式VII表示的第二单体单元:
【文档编号】C08L65/00GK103890086SQ201180074302
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2011年11月10日 优先权日:2011年11月10日
【发明者】陆云, 王红娟 申请人:南京大学