一種獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種功能高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種聚苯胺導(dǎo)電膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超級電容器是在德國物理學(xué)家赫姆霍茲提出的界面雙電層理論的基礎(chǔ)上建立的 一種全新的電容器，作為21世紀(jì)的新型的能源儲存器件，具有高比功率、高比能量、充放電 快速、使用溫度寬、壽命長、安全性高、無污染、節(jié)約能源等諸多明顯優(yōu)勢，并在各類電器設(shè) 備系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。
[0003] 導(dǎo)電高分子材料因其質(zhì)量輕、成本低、導(dǎo)電性優(yōu)異等特點一直被廣大研究者所青 睞。在超級電容器電極材料之中，聚苯胺與其它導(dǎo)電高分子材料、貴金屬以及過渡金屬氧化 物比較，它具有原料簡單易得、成本低廉、合成工藝簡便、比表面積高、摻雜現(xiàn)象獨特、導(dǎo)電 率高且可控、在空氣中穩(wěn)定等優(yōu)點。導(dǎo)電聚苯胺一直被認(rèn)為最有前景的導(dǎo)電高分子材料之 一。但由于分子間存在強烈相互作用和高剛性鏈，導(dǎo)電狀態(tài)的聚苯胺幾乎不溶于任何溶劑， 加熱至分解仍然不溶解，綜合力學(xué)性能差，用傳統(tǒng)方法無法直接加工，使得很大程度上限制 了導(dǎo)電聚苯胺的應(yīng)用。制備聚苯胺膜是突破其難加工現(xiàn)狀的一種有效方法，也是促使聚苯 胺工業(yè)化的有效途徑。
[0004] 電極材料是影響超級電容器性能的首要問題之一，也是超級電容器當(dāng)前的研究熱 點。清華大學(xué)的孟垂舟課題組公開了 一種超薄全固態(tài)超級電容器（CN101937776B， 2011.12.21)。雖然該方法制備的電容器具備良好的柔韌性，但其采用碳納米管復(fù)合膜作為 電極材料，不僅工藝繁瑣，而且造價高，難以大規(guī)模生產(chǎn)。此外，貴金屬及過渡金屬氧化物資 源有限且價格昂貴，使得這類電極材料難以大規(guī)模生產(chǎn)。因此，開發(fā)成本廉價、導(dǎo)電性能優(yōu) 異的電極材料是本領(lǐng)域亟需大力發(fā)展的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜及其制備方法。所 述方法原料易得，操作簡單;得到的聚苯胺導(dǎo)電膜具有優(yōu)良的柔韌性和導(dǎo)電性，在電極材 料、超級電容器、電化學(xué)儲能元件、防靜電涂料和防腐涂料等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜及其制備方法；
[0007] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明的一種獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜的制備方法，其包括以下主要步驟：
[0009] (1)以苯胺為原料，在酸性水溶液條件下，通過過硫酸銨引發(fā)原位聚合，合成聚苯 胺(PANI)，再經(jīng)過堿處理得到本征態(tài)聚苯胺(PANI-EB);
[0010] (2)將步驟(1)得到的本征態(tài)聚苯胺(PANI-EB)與有機質(zhì)子酸和有機溶劑混合后攪 拌，得到聚苯胺導(dǎo)電膜的鑄膜液；
[0011] (3)將步驟(2)得到的聚苯胺導(dǎo)電膜的鑄膜液涂滴在玻璃片上，干燥后得到獨立的 聚苯胺導(dǎo)電膜。
[0012] 其中，步驟⑴中，
[0013 ]所述酸選自鹽酸、硫酸;優(yōu)選地，為鹽酸。
[0014] 所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀;優(yōu)選地，為氫氧化鈉。
[0015] 所述原位聚合的反應(yīng)溫度為0_5°C ;優(yōu)選地，為0°C。
[0016] 所述原位聚合的反應(yīng)時間為12-24h;優(yōu)選地，為24h。
[0017] 所述堿處理的溫度為10_20°C ;優(yōu)選地，為20°C。
[0018] 所述堿處理的時間為12-24h;優(yōu)選地，為24h。
[0019] 所述苯胺:酸:過硫酸銨:堿的質(zhì)量比為10:2:11.4:4。
[0020] 所述步驟(1)得到的聚苯胺(PANI-EB)為本征態(tài)聚苯胺(PANI-EB)。
[0021] 其中，步驟(2)中，
[0022] 所述有機質(zhì)子酸選自樟腦磺酸(CSA)、對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸(DBSA)、萘磺 酸、壬二基萘二磺酸中的一種或幾種的組合;優(yōu)選地，為樟腦磺酸(CSA)、十二烷基苯磺酸 (DBSA)〇
[0023] 所述有機溶劑選自間甲酚、二甲苯、氯仿、甲苯、二氯甲烷中的一種或幾種的組合； 優(yōu)選地，為間甲酚、甲苯。
[0024] 所述步驟(2)中混合攪拌的溫度為10_20°C ;優(yōu)選地，為20°C。
[0025] 所述步驟(2)中混合攪拌的時間為8-12h;優(yōu)選地，為12h。
[0026] 所述本征態(tài)聚苯胺(PANI-EB):有機質(zhì)子酸:有機溶劑的質(zhì)量比為1:1.7:33。在一 個具體的實施方式中，所述的本征態(tài)聚苯胺和樟腦磺酸和十二烷基苯磺酸的優(yōu)選質(zhì)量比為 1:0.7:1，所述的間甲酚和甲苯的優(yōu)選體積比為1:5;
[0027] 所述步驟(2)中，用步驟（1)得到的聚苯胺(PANI-EB)與有機質(zhì)子酸和有機溶劑混 合。
[0028] 所述步驟(2)中，攪拌至溶脹成均一的聚苯胺導(dǎo)電膜鑄膜液。
[0029] 其中，步驟(3)中，
[0030]所述涂滴為涂膜法涂滴；。
[0031] 所述步驟(3)中操作的溫度為10_20°C;優(yōu)選地，為20°C。
[0032] 所述步驟(3)中操作的時間為8-12h;優(yōu)選地，為12h。
[0033] 所述干燥的方式包括晾干、烘干，所述烘干可在紅外燈下進(jìn)行。
[0034] 本發(fā)明的一個具體的實施例方式中，所述獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜的制備方法包括：
[0035] (1)以苯胺為原料，在酸性水溶液條件下，通過過硫酸銨引發(fā)原位聚合，合成聚苯 胺(PANI)，再經(jīng)過堿處理得到本征態(tài)聚苯胺(PANI-EB);
[0036] (2)用⑴所述得到的聚苯胺(PANI-EB)與有機質(zhì)子酸和有機溶劑混合，混合均勻 后轉(zhuǎn)入容器中攪拌12小時，得到聚苯胺導(dǎo)電膜的鑄膜液；
[0037] 其中：所述有機質(zhì)子酸是樟腦磺酸(CSA)和十二烷基苯磺酸(DBSA)，所述有機溶劑 是間甲酚和甲苯；
[0038] (3)將(2)所述得到的鑄膜液用涂膜法涂滴在干凈的玻璃片上，在紅外燈下晾干后 撕下，得到獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜。
[0039] 本發(fā)明還提出了一種獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜，其中，所述獨立的聚苯胺導(dǎo)電膜是一 種獨立自由膜，膜面積可控可裁剪，具有優(yōu)良的柔韌性和導(dǎo)電性，平均導(dǎo)電率可達(dá)32.8S/ cm。另外，該類導(dǎo)電膜還在電極材料、超級電容器、電化學(xué)儲能元件、防靜電涂料和防腐涂料 等領(lǐng)域中具有一定的實用價值，并可以制作柔性器件。
[0040]本發(fā)明另一目的在于提供上述聚苯胺導(dǎo)電膜在電極材料、超級電容器、電化學(xué)儲 能器件、防靜電涂料和防腐涂料等方面的應(yīng)用。
[0041 ]本發(fā)明的有益效果在于，所述聚苯胺導(dǎo)電膜制備過程簡單，易于實施，成本低，不 需要大型設(shè)備。所制得的聚苯胺導(dǎo)電膜是一種獨立自由膜，膜面積可控可裁剪，具有優(yōu)良的 柔韌性和導(dǎo)電性，平均導(dǎo)電率可達(dá)32.8S/cm。另外，所述聚苯胺導(dǎo)電膜可以應(yīng)用于電極材 料、超級電容器、電化學(xué)儲能元件、防靜電涂料和防腐涂料等領(lǐng)域中，并可以制作柔