一種獨立的聚苯胺導電膜的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種功能高分子材料領域，具體涉及一種聚苯胺導電膜的制備方法。
【背景技術】
[0002] 超級電容器是在德國物理學家赫姆霍茲提出的界面雙電層理論的基礎上建立的 一種全新的電容器，作為21世紀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、節約能源等諸多明顯優勢，并在各類電器設 備系統廣泛應用。
[0003] 導電高分子材料因其質量輕、成本低、導電性優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、摻雜現象獨特、導電 率高且可控、在空氣中穩定等優點。導電聚苯胺一直被認為最有前景的導電高分子材料之 一。但由于分子間存在強烈相互作用和高剛性鏈，導電狀態的聚苯胺幾乎不溶于任何溶劑， 加熱至分解仍然不溶解，綜合力學性能差，用傳統方法無法直接加工，使得很大程度上限制 了導電聚苯胺的應用。制備聚苯胺膜是突破其難加工現狀的一種有效方法，也是促使聚苯 胺工業化的有效途徑。
[0004] 電極材料是影響超級電容器性能的首要問題之一，也是超級電容器當前的研究熱 點。清華大學的孟垂舟課題組公開了 一種超薄全固態超級電容器（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合膜作為 電極材料，不僅工藝繁瑣，而且造價高，難以大規模生產。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模生產。因此，開發成本廉價、導電性能優 異的電極材料是本領域亟需大力發展的研究方向。
【發明內容】
[0005] 本發明克服現有技術的缺陷，提供了一種獨立的聚苯胺導電膜及其制備方法。所 述方法原料易得，操作簡單;得到的聚苯胺導電膜具有優良的柔韌性和導電性，在電極材 料、超級電容器、電化學儲能元件、防靜電涂料和防腐涂料等領域中具有廣泛的應用。
[0006] 本發明的目的之一在于提供一種獨立的聚苯胺導電膜及其制備方法；
[0007] 本發明是通過下述技術方案加以實現的：
[0008] 本發明的一種獨立的聚苯胺導電膜的制備方法，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，通過過硫酸銨引發原位聚合，合成聚苯 胺(PANI)，再經過堿處理得到本征態聚苯胺(PANI-EB);
[0010] (2)將步驟(1)得到的本征態聚苯胺(PANI-EB)與有機質子酸和有機溶劑混合后攪 拌，得到聚苯胺導電膜的鑄膜液；
[0011] (3)將步驟(2)得到的聚苯胺導電膜的鑄膜液涂滴在玻璃片上，干燥后得到獨立的 聚苯胺導電膜。
[0012] 其中，步驟⑴中，
[0013 ]所述酸選自鹽酸、硫酸;優選地，為鹽酸。
[0014] 所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀;優選地，為氫氧化鈉。
[0015] 所述原位聚合的反應溫度為0_5°C ;優選地，為0°C。
[0016] 所述原位聚合的反應時間為12-24h;優選地，為24h。
[0017] 所述堿處理的溫度為10_20°C ;優選地，為20°C。
[0018] 所述堿處理的時間為12-24h;優選地，為24h。
[0019] 所述苯胺:酸:過硫酸銨:堿的質量比為10:2:11.4:4。
[0020] 所述步驟(1)得到的聚苯胺(PANI-EB)為本征態聚苯胺(PANI-EB)。
[0021] 其中，步驟(2)中，
[0022] 所述有機質子酸選自樟腦磺酸(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 ;優選地，為20°C。
[0025] 所述步驟(2)中混合攪拌的時間為8-12h;優選地，為12h。
[0026] 所述本征態聚苯胺(PANI-EB):有機質子酸:有機溶劑的質量比為1:1.7:33。在一 個具體的實施方式中，所述的本征態聚苯胺和樟腦磺酸和十二烷基苯磺酸的優選質量比為 1:0.7:1，所述的間甲酚和甲苯的優選體積比為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;優選地，為20°C。
[0032] 所述步驟(3)中操作的時間為8-12h;優選地，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行。
[0034] 本發明的一個具體的實施例方式中，所述獨立的聚苯胺導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，通過過硫酸銨引發原位聚合，合成聚苯 胺(PANI)，再經過堿處理得到本征態聚苯胺(PANI-EB);
[0036] (2)用⑴所述得到的聚苯胺(PANI-EB)與有機質子酸和有機溶劑混合，混合均勻 后轉入容器中攪拌12小時，得到聚苯胺導電膜的鑄膜液；
[0037] 其中：所述有機質子酸是樟腦磺酸(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電膜。
[0039] 本發明還提出了一種獨立的聚苯胺導電膜，其中，所述獨立的聚苯胺導電膜是一 種獨立自由膜，膜面積可控可裁剪，具有優良的柔韌性和導電性，平均導電率可達32.8S/ cm。另外，該類導電膜還在電極材料、超級電容器、電化學儲能元件、防靜電涂料和防腐涂料 等領域中具有一定的實用價值，并可以制作柔性器件。
[0040]本發明另一目的在于提供上述聚苯胺導電膜在電極材料、超級電容器、電化學儲 能器件、防靜電涂料和防腐涂料等方面的應用。
[0041 ]本發明的有益效果在于，所述聚苯胺導電膜制備過程簡單，易于實施，成本低，不 需要大型設備。所制得的聚苯胺導電膜是一種獨立自由膜，膜面積可控可裁剪，具有優良的 柔韌性和導電性，平均導電率可達32.8S/cm。另外，所述聚苯胺導電膜可以應用于電極材 料、超級電容器、電化學儲能元件、防靜電涂料和防腐涂料等領域中，并可以制作柔