一种独立的聚苯胺导电膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功能高分子材料领域，具体涉及一种聚苯胺导电膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 超级电容器是在德国物理学家赫姆霍兹提出的界面双电层理论的基础上建立的 一种全新的电容器，作为21世纪的新型的能源储存器件，具有高比功率、高比能量、充放电 快速、使用温度宽、寿命长、安全性高、无污染、节约能源等诸多明显优势，并在各类电器设 备系统广泛应用。
[0003] 导电高分子材料因其质量轻、成本低、导电性优异等特点一直被广大研究者所青 睐。在超级电容器电极材料之中，聚苯胺与其它导电高分子材料、贵金属以及过渡金属氧化 物比较，它具有原料简单易得、成本低廉、合成工艺简便、比表面积高、掺杂现象独特、导电 率高且可控、在空气中稳定等优点。导电聚苯胺一直被认为最有前景的导电高分子材料之 一。但由于分子间存在强烈相互作用和高刚性链，导电状态的聚苯胺几乎不溶于任何溶剂， 加热至分解仍然不溶解，综合力学性能差，用传统方法无法直接加工，使得很大程度上限制 了导电聚苯胺的应用。制备聚苯胺膜是突破其难加工现状的一种有效方法，也是促使聚苯 胺工业化的有效途径。
[0004] 电极材料是影响超级电容器性能的首要问题之一，也是超级电容器当前的研究热 点。清华大学的孟垂舟课题组公开了 一种超薄全固态超级电容器（CN101937776B， 2011.12.21)。虽然该方法制备的电容器具备良好的柔韧性，但其采用碳纳米管复合膜作为 电极材料，不仅工艺繁琐，而且造价高，难以大规模生产。此外，贵金属及过渡金属氧化物资 源有限且价格昂贵，使得这类电极材料难以大规模生产。因此，开发成本廉价、导电性能优 异的电极材料是本领域亟需大力发展的研究方向。
【发明内容】
[0005] 本发明克服现有技术的缺陷，提供了一种独立的聚苯胺导电膜及其制备方法。所 述方法原料易得，操作简单;得到的聚苯胺导电膜具有优良的柔韧性和导电性，在电极材 料、超级电容器、电化学储能元件、防静电涂料和防腐涂料等领域中具有广泛的应用。
[0006] 本发明的目的之一在于提供一种独立的聚苯胺导电膜及其制备方法；
[0007] 本发明是通过下述技术方案加以实现的：
[0008] 本发明的一种独立的聚苯胺导电膜的制备方法，其包括以下主要步骤：
[0009] (1)以苯胺为原料，在酸性水溶液条件下，通过过硫酸铵引发原位聚合，合成聚苯 胺(PANI)，再经过碱处理得到本征态聚苯胺(PANI-EB);
[0010] (2)将步骤(1)得到的本征态聚苯胺(PANI-EB)与有机质子酸和有机溶剂混合后搅 拌，得到聚苯胺导电膜的铸膜液；
[0011] (3)将步骤(2)得到的聚苯胺导电膜的铸膜液涂滴在玻璃片上，干燥后得到独立的 聚苯胺导电膜。
[0012] 其中，步骤⑴中，
[0013 ]所述酸选自盐酸、硫酸;优选地，为盐酸。
[0014] 所述碱选自氢氧化钠、氢氧化钾;优选地，为氢氧化钠。
[0015] 所述原位聚合的反应温度为0_5°C ;优选地，为0°C。
[0016] 所述原位聚合的反应时间为12-24h;优选地，为24h。
[0017] 所述碱处理的温度为10_20°C ;优选地，为20°C。
[0018] 所述碱处理的时间为12-24h;优选地，为24h。
[0019] 所述苯胺:酸:过硫酸铵:碱的质量比为10:2:11.4:4。
[0020] 所述步骤(1)得到的聚苯胺(PANI-EB)为本征态聚苯胺(PANI-EB)。
[0021] 其中，步骤(2)中，
[0022] 所述有机质子酸选自樟脑磺酸(CSA)、对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸(DBSA)、萘磺 酸、壬二基萘二磺酸中的一种或几种的组合;优选地，为樟脑磺酸(CSA)、十二烷基苯磺酸 (DBSA)〇
[0023] 所述有机溶剂选自间甲酚、二甲苯、氯仿、甲苯、二氯甲烷中的一种或几种的组合； 优选地，为间甲酚、甲苯。
[0024] 所述步骤(2)中混合搅拌的温度为10_20°C ;优选地，为20°C。
[0025] 所述步骤(2)中混合搅拌的时间为8-12h;优选地，为12h。
[0026] 所述本征态聚苯胺(PANI-EB):有机质子酸:有机溶剂的质量比为1:1.7:33。在一 个具体的实施方式中，所述的本征态聚苯胺和樟脑磺酸和十二烷基苯磺酸的优选质量比为 1:0.7:1，所述的间甲酚和甲苯的优选体积比为1:5;
[0027] 所述步骤(2)中，用步骤（1)得到的聚苯胺(PANI-EB)与有机质子酸和有机溶剂混 合。
[0028] 所述步骤(2)中，搅拌至溶胀成均一的聚苯胺导电膜铸膜液。
[0029] 其中，步骤(3)中，
[0030]所述涂滴为涂膜法涂滴；。
[0031] 所述步骤(3)中操作的温度为10_20°C;优选地，为20°C。
[0032] 所述步骤(3)中操作的时间为8-12h;优选地，为12h。
[0033] 所述干燥的方式包括晾干、烘干，所述烘干可在红外灯下进行。
[0034] 本发明的一个具体的实施例方式中，所述独立的聚苯胺导电膜的制备方法包括：
[0035] (1)以苯胺为原料，在酸性水溶液条件下，通过过硫酸铵引发原位聚合，合成聚苯 胺(PANI)，再经过碱处理得到本征态聚苯胺(PANI-EB);
[0036] (2)用⑴所述得到的聚苯胺(PANI-EB)与有机质子酸和有机溶剂混合，混合均匀 后转入容器中搅拌12小时，得到聚苯胺导电膜的铸膜液；
[0037] 其中：所述有机质子酸是樟脑磺酸(CSA)和十二烷基苯磺酸(DBSA)，所述有机溶剂 是间甲酚和甲苯；
[0038] (3)将(2)所述得到的铸膜液用涂膜法涂滴在干净的玻璃片上，在红外灯下晾干后 撕下，得到独立的聚苯胺导电膜。
[0039] 本发明还提出了一种独立的聚苯胺导电膜，其中，所述独立的聚苯胺导电膜是一 种独立自由膜，膜面积可控可裁剪，具有优良的柔韧性和导电性，平均导电率可达32.8S/ cm。另外，该类导电膜还在电极材料、超级电容器、电化学储能元件、防静电涂料和防腐涂料 等领域中具有一定的实用价值，并可以制作柔性器件。
[0040]本发明另一目的在于提供上述聚苯胺导电膜在电极材料、超级电容器、电化学储 能器件、防静电涂料和防腐涂料等方面的应用。
[0041 ]本发明的有益效果在于，所述聚苯胺导电膜制备过程简单，易于实施，成本低，不 需要大型设备。所制得的聚苯胺导电膜是一种独立自由膜，膜面积可控可裁剪，具有优良的 柔韧性和导电性，平均导电率可达32.8S/cm。另外，所述聚苯胺导电膜可以应用于电极材 料、超级电容器、电化学储能元件、防静电涂料和防腐涂料等领域中，并可以制作柔