本发明涉及一种制造高分子透明导电膜的方法，特别涉及一种有效降低导电高分子表面阻抗的制造高分子透明导电膜的方法。
背景技术：
导电高分子为具有共轭双键结构的高分子，其π键电子可自由移动。由于导电高分子的导电性及柔软特性，可以取代传统的氧化铟锡，成为应用于柔性触摸面板的良好材料。目前工业上广泛使用的导电高分子为聚3,4-二氧乙基噻吩及聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)分散液，其经掺杂后带正电的PEDOT与带负电的PSS通过库伦作用力结合。然而，低分子量的PEDOT会随机吸附于PSS长链上，且由于现有合成与分散技术的限制，其材料本质的导电率偏低，在电容式触摸及大尺寸产品应用仍然不足。
过去已有文献提出多种添加剂，以提高PEDOT：PSS分散液的导电率。J.Y.Kim等人提出(Synthetic Metals,126,2002，第311-316页)使用极性高沸化合物，二甲亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)，以提高PEDOT：PSS薄膜导电率的方法，可使导电率自0.8S/cm增加至80S/cm，但导电率仍不足。Ouyang等人提出(Polymer,45,2004，第8443-8450页)可提高PEDOT：PSS导电率的添加剂，以乙二醇(Ethylene glycol,EG)为添加剂时可得最高导电率，然而导电率仅达200S/cm。WO2009/030615A1号提出在真空下合成PEDOT：PSS，以DMSO作为添加剂，可实现704S/cm的导电率。然而，此方法需于真空下进行，且仍无法获得理想的导电率。
日本专利第2007-119548号提出使用二羧酸衍生物作为添加剂，以硫代二乙酸(Thiodiglycolic acid)为添加剂时，导电率为770S/cm及1473S/cm；以二甘醇酸(Diglycolic acid,DGA)为添加剂时，导电率为290S/cm及596S/cm。使用二羧酸衍生物作为添加剂的缺点为将其制成导电膜后，膜面会呈现雾状，有外观显示的问题。日本专利第2006-328276号提出使用丁二酰亚胺为添加剂，可得200-1000S/cm的导电率。然而，丁二酰亚胺熔点为123-135℃、沸点为285-290℃，在100-200℃的干燥条件下，丁二酰亚胺仍会留在导电膜中，形成结晶而导致导电膜浑浊。因此，丁二酰亚胺不适用于制造透明导电膜。
虽然上述现有技术借助添加剂可提升PEDOT：PSS的导电率，但制成的导电膜仍存在导电率及透明度不足的问题。因此，目前需要一种制造高分子透明导电膜的方法，可以有效地降低导电高分子表面阻抗，并提高导电膜的透明度。
技术实现要素：
本发明提供一种制造高分子透明导电膜的方法，包含：提供导电高分子水溶液，其中导电高分子水溶液包含聚3,4-二氧乙基噻吩及聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)；添加导电助剂至导电高分子水溶液中以制得分散液；将分散液配置于基材的表面，以制成分散液薄膜；以及将分散液薄膜在140℃以上的温度下进行干燥，以制成高分子透明导电膜；其中，导电助剂为丙二酸，且导电助剂的添加量占分散液总重量的3-20重量百分比。
依据本发明实施例，丙二酸的添加量占分散液总重量的3-10重量百分比。
依据本发明实施例，制造高分子透明导电膜的方法包含：在将分散液配置于基材的表面前，添加溶剂至分散液的步骤，其中以分散液总重量为100重量份，溶剂的添加量为25重量份以上，且溶剂为水、脂肪醇或上述任一组合。
依据本发明实施例，基材为聚对苯二甲酸乙酯(PET)、萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺(PI)或聚碳酸酯(PC)。
依据本发明实施例，将分散液配置于基材的表面的方式是以喷涂、刮涂、刷涂、线棒涂布、旋转涂布、浸渍、浇注、滴注、注射、压印或卷对卷涂布的方式进行。
依据本发明实施例，分散液薄膜在约140-160℃的温度下进行干燥。
依据本发明另一实施例，基材为玻璃。
本发明提供一种分散液，包含导电高分子水溶液以及导电助剂，其中导电高分子水溶液包含聚3,4-二氧乙基噻吩及聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)。导电助剂为丙二酸，且丙二酸的含量占分散液总重量的3-20重量百分比。
本发明的制备方法采用丙二酸作为导电助剂，将其添加至PEDOT：PSS，以降低导电高分子表面阻抗，并提升导电率。此外，将含有导电高分子的分散液干燥成膜后，丙二酸不会形成结晶而残留于导电膜中，膜面呈现透明。因此，本发明的方法适用于制造高透明低阻抗的透明导电膜。
具体实施方式
为了使本说明书的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
本发明提供一种制造高分子透明导电膜的方法，特别涉及一种制造高分子透明导电膜的方法以降低导电高分子表面阻抗。依照本发明的方法制得的导电膜具有高透明度及低表面阻抗，其步骤包含：提供导电高分子水溶液，其中导电高分子水溶液包含聚3,4-二氧乙基噻吩及聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)；添加导电助剂至导电高分子水溶液中以制得分散液；将分散液配置于基材的表面，以制成分散液薄膜；以及将分散液薄膜于140℃以上的温度下进行干燥，以制成高分子透明导电膜；其中，导电助剂为丙二酸，且导电助剂的添加量占分散液总重量的3-20重量百分比。
丙二酸的物理性质为在140℃以上的温度下会分解成甲酸(沸点为100.8℃)与二氧化碳，在140℃以上的温度下，甲酸会汽化，且二氧化碳为气体。因此，对分散液薄膜进行干燥时，丙二酸会自动分解，且丙二酸、甲酸及二氧化碳并不会残留在导电膜中。因此，本发明的方法制得的导电膜膜面呈现透明，适用于高透明低阻抗的透明导电膜。
丙二酸的添加量占分散液总重量的3-20重量百分比(wt％)，介于3-10wt％较佳。若丙二酸添加量低于3wt％会有导电率不足的问题；若丙二酸添加量超过10wt％，导电率已无显著的提升。此外，若添加量超过20wt％会由于丙二酸液体的含量过高，造成涂布施工的不易。液态含量过高，就需要涂布较厚的分散液薄膜，但丙二酸在干燥后会自动分解，不影响最后透明导电膜的厚度。
将分散液配置于基材的表面的方式可依据基材的材质，选择以喷涂、刮涂、刷涂、线棒涂布、旋转涂布、浸渍、浇注、滴注、注射、压印或卷对卷涂布的方式进行。
本发明采用的基材可为塑胶或玻璃。若基材为塑胶，本发明的制造高分子透明导电膜的方法可配合卷对卷涂布的快速工艺。但由于塑胶基材不耐高温，分散液薄膜在较低的温度下进行干燥(约140-160℃)较佳。此外，若干燥温度过高，在操作时有危险性，会造成不必要的能耗。若基材为玻璃，干燥温度则较不受限制。
本发明提供一种分散液，包含导电高分子水溶液以及导电助剂。其中，导电高分子水溶液包含聚3,4-二氧乙基噻吩及聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)。导电助剂为丙二酸，且丙二酸的含量分散液总重量的3-20重量百分比。本发明的分散液可用于制造导电涂料。
以下列举多个实施例以更详尽阐述本发明的方法。
实施例A1-A3
测量材料特性所使用的方法及仪器如下：
1.表面阻抗测量：以低阻抗率计(厂牌：Mitsubishi Chemical Co.；型号：MCP-T610)测量，单位：Ω/cm2。
2.导电膜厚度测量：将样品表面镀金处理后，以场发射电子显微镜测量样品厚度，单位：nm。
3.雾度及穿透率测量：以型号VG 2000(厂牌：Nippon Denshoku Industries Co.)设备测量，单位：％。
高分子透明导电膜的制备方法包含以下步骤：
1.将3g的丙二酸加入97g的1wt％的PEDOT：PSS水溶液(供应商：H.C.Starck GmbH,Goslar；型号：Clevios PH 1000，PEDOT与PSS的重量比为1：2.5)混合均匀，以形成总重量为100g的分散液。丙二酸的添加量占分散液总重量的3wt％。
2.接着，添加100g的异丙醇至分散液作为溶剂并搅拌均匀，以形成总重量为200g的混合溶液。以分散液总重量为100重量份，异丙醇的添加量为100重量份。添加溶剂的目的在于提高分散液的湿润性及降低黏度。
3.将第2步骤的混合溶液以线棒涂布的方式控制不同的厚度(约控制在75nm、125nm、200nm三种厚度)，分别涂布在30cm×30cm的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基材上，以形成厚度约为75nm、125nm、200nm的分散液薄膜。
4.将分散液薄膜置于烘箱中于150℃的温度下烘烤5分钟以移除溶剂，即可获得实施例A1-A3。
5.测量实施例A1-A3的表面阻抗、厚度、穿透率及雾度，并以表面阻抗换算出导电率，换算方式如下：导电率(S/cm)＝1/[表面阻抗(Ω/cm2)×厚度(cm)]
实施例B1-B3，C1-C3，D1-D3
制备方法大致与实施例A1-A3相同，仅将丙二酸添加量分别改为5g、7g及10g，并将PEDOT：PSS水溶液的添加量分别改为95g、93g及90g，即可获得实施例B1～B3、C1～C3及D1～D3。实施例B1～B3、C1～C3及D1～D3的丙二酸添加量分别为5wt％、7wt％及10wt％。
表1
表1结果显示，依本发明方法制得的导电膜具有良好的导电率及低雾度，尤其是丙二酸添加量为5wt％时，可实现1111S/cm的导电率。值得注意的是，若将基材由PET改为玻璃，所得到的数据结果相同。
本发明的制备方法采用丙二酸作为导电助剂，将其添加至PEDOT：PSS，以降低导电高分子表面阻抗，并提升导电率。丙二酸在140℃以上的温度下进行干燥的过程中，会自动分解成甲酸(沸点为100.8℃)和二氧化碳，故将含有导电高分子的分散液薄膜干燥制成导电膜后，添加的丙二酸及其分解的产物已不存在于导电膜中，膜面呈现透明。因此，本发明的方法相当适用于制造高透明低阻抗的透明导电膜。