CN104356364A - 一种制备小粒径pedot:pss溶液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法。该制备方法包括以下步骤;a、向3000-4000ml去离子水溶液中,加入35-48g聚苯乙烯磺酸钠进行溶解,边溶解边以150-300r/min搅拌,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,完全溶解后,得A品;b、向A品中加入含2-5克硫酸的溶液20-40ml,再加入20-300g异丙醇,然后加入8-18g3,4-乙撑二氧噻吩,以150-300r/min的转速搅拌30-60min,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,得B品;c、将0.001-0.005g的Fe2(SO4)3溶液和20-40g(NH4)2S2O8溶液混合,将该混合溶液置于恒压分液漏斗中,以每1-5秒一滴的速度向B品中滴加,同时以300-700r/min的转速搅拌,搅拌时间为30-60小时,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,待滴加和反应完成后,得到成品。
Description
技术领域
本发明涉及制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法,属于导电高分子功能材料领域。
背景技术
聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)在德国的Bayer A G实验室被首次合成出来,是噻吩类导电聚合物的典型代表,通过在噻吩环的3位和4位引入乙撑二氧基得到的,其导电的掺杂状态非常稳定。并且PEDOT的共轭π键的吸收峰在可见光吸收范围未出现,其吸收波波长大约在300nm左右,具有透光的性质。因此,PEDOT和大多导电高分子材料一样拥有优异的电磁学性能、机械加工性能,稳定的电化学性能,良好的透明度,较高的光电效率和生物兼容性等特点。这就赋予了PEDOT成为蛋白质等生物大分子固载、制备生物传感器、电致色变器、电化学电容器、太阳能电池、应变计以及触摸屏幕等的理想材料。
但由于PEDOT的共轭长链带来的不溶和不熔问题使其加工处理困难,从而限制了其商业应用,因此改善PEDOT的加工性能成为该领域重要且极具意义的研究,而制备掺杂PEDOT溶液分散体是解决其加工问题直接且重要的途径。
PEDOT能和聚苯磺酸乙烯〔Poly(styrenesulfonate),PSS〕通过一定比例的混合而溶于水,形成均一分散的PEDOT:PSS(结构如下式所示)水溶液。PEDOT:PSS是聚(3,4-乙撑二氧噻吩)与聚苯磺酸乙烯的复合材料,PEDOT:PSS形成的膜,具有较好的光透射性和环境稳定性。基于其良好的性能,研发人员开发出了PEDOT:PSS的多种用途,并使其商业化,诸如应用于抗静电材料、有机电致发光器件和太阳能电池等。近年来,又开发出一些新的应用领域:例如CN101125950A披露的空穴传输材料、CN102214791A披露的有机动态随机存储器等等。
常用的PEDOT:PSS聚合方法所得到的分子量分布范围广且平均分子量较大,PEDOT:PSS分散体的粒径分布也较广,粒径较大,对成膜后的产品性能有影响,无法应用于高尖端材料的领域中。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法。本发明可以大大减小粒径,提高了制得薄膜的透光度和包覆性能,进而提高了产品的性能。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案如下:一种制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法,该制备方法包括以下步骤;
a、向3000-4000ml去离子水溶液中,加入35-48g聚苯乙烯磺酸钠进行溶解,边溶解边以150-300r/min搅拌,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,完全溶解后,得A品;
b、向A品中加入含2-5克溶质的硫酸溶液20-40ml,再加入20-300g异丙醇,然后加入8-18g 3,4-乙撑二氧噻吩,以150-300r/min的转速搅拌30-60min,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,得B品;
c、将0.001-0.005g的Fe2(SO4)3溶液和20-40g(NH4)2S2O8溶液混合,将该混合溶液置于恒压分液漏斗中,以每1-5秒一滴的速度向B品中滴加,同时以300-700r/min的转速搅拌,搅拌时间为30-60小时,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,待滴加和反应完成后,得到成品。
上述的制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法中,该制备方法包括以下步骤;
a、向3200ml去离子水溶液中,加入41.48g聚苯乙烯磺酸钠进行溶解,边溶解边以200r/min搅拌,且搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,完全溶解后,得A品;
b、向A品中加入含3.72克溶质的硫酸溶液30ml,再加入200g异丙醇和10.15g 3,4-乙撑二氧噻吩,以200r/min的转速搅拌40-50min,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,得B品;
c、将0.0013g的Fe2(SO4)3溶液和27.45g(NH4)2S2O8溶液混合,将该混合溶液至于恒压分液漏斗中,以每2秒一滴的速度向B品中滴加,同时以600r/min的转速搅拌,搅拌时间为48小时,且搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,待滴加和反应完成,得到成品。
与现有技术相比,本发明改进了PEDOT-PSS水溶液制备方法中的具体工序和各工序的制备参数,众工序和参数协同作用,从而减小了所得PEDOT-PSS水溶液的粒径,经试验,本发明制备的PEDOT-PSS水溶液的粒径最小可减至89nm,与现有的PEDOT-PSS水溶液的粒径相比,可平均减小100-500nm,效果非常显著。采用本发明制得的薄膜具有优越的透光度和包覆性能,从而提高了产品的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:PEDOT:PSS溶液的制备:于常温下配制35g的聚苯乙烯磺酸钠(即PSS Na)的去离子水溶液3500ml于5000ml的三口烧瓶中,边以200r/min转速搅拌边溶解,等完全溶解后,加入含3.5克硫酸的溶液25ml,然后加入30g异丙醇和8g EDOT搅拌,以200r/min的转速搅拌45min,搅拌状态下用高纯氮排氧;然后将0.002g Fe2(SO4)3溶液(饱合溶液)和24g(NH4)2S2O8(饱合溶液)的混合溶液置于恒压分液漏斗中以每2秒一滴的速度滴加,并以300r·min-1转速搅拌反应55小时,最后用离子树脂纯化处理,所述的离子树脂纯化处理为化工领域常规手段,在此不再赘述,离子树脂纯化处理后得到成品。上述的搅拌工序,在搅拌时用的桨叶采用三叶后掠式桨。
实施例2:PEDOT:PSS溶液的制备:于常温下配制40g的聚苯乙烯磺酸钠(即PSS Na)的去离子水溶液3800ml于5000ml的三口烧瓶中,边以150r/min转速搅拌边溶解,等完全溶解后,加入含4克硫酸的溶液38ml,然后加入100g异丙醇和8g EDOT搅拌,以300r/min的转速搅拌30min,搅拌状态下用高纯氮排氧;然后将0.004g Fe2(SO4)3溶液(饱合溶液)和38g(NH4)2S2O8(饱合溶液)的混合溶液置于恒压分液漏斗中以每2秒一滴的速度滴加,并以400r·min-1转速搅拌反应35小时,最后用离子树脂纯化处理,得到成品。上述的搅拌工序,在搅拌时用的桨叶采用三叶后掠式桨。
实施例3:PEDOT:PSS溶液的制备:于常温下配制45g的聚苯乙烯磺酸钠(即PSS Na)的去离子水溶液3200ml于5000ml的三口烧瓶中,边以300r/min转速搅拌边溶解,等完全溶解后,加入含5克硫酸的溶液38ml,然后加入150g异丙醇和8g EDOT搅拌,以200r/min的转速搅拌45min,搅拌状态下用高纯氮排氧;然后将0.005g Fe2(SO4)3溶液(饱合溶液)和40g(NH4)2S2O8溶液(饱合溶液)的混合溶液置于恒压分液漏斗中以每4秒一滴的速度滴加,并以600r·min-1转速搅拌反应48小时,最后用离子树脂纯化处理,得到成品。上述的搅拌工序,在搅拌时用的桨叶采用三叶后掠式桨。
实施例4:PEDOT:PSS溶液及其制备:于常温下配制41.48g的聚苯乙烯磺酸钠(即PSS Na)的去离子水溶液3200ml于5000ml的三口烧瓶中,边以300r/min转速搅拌边溶解,等完全溶解后,加入含3.72克硫酸的溶液30ml,然后加入200g异丙醇和10.15g EDOT搅拌,搅拌时用高纯氮排氧;然后将0.0013g Fe2(SO4)3和27.45g(NH4)2S2O8的混合溶液置于恒压分液漏斗中以每2秒一滴的速度滴加并以600r·min-1转速搅拌反应48小时,最后用离子树脂纯化处理得到目标溶液。上述的搅拌工序,在搅拌时用的桨叶采用三叶后掠式桨。
实施例5:PEDOT:PSS粒径评估
主要设备及型号:Mastersizer 2000激光粒度仪
分别测定实施例1-6制得的PEDOT:PSS溶液平均粒径结果如下表
待测溶液 | 平均粒径(nm) |
实施例1制得的PEDOT:PSS | 312 |
实施例2制得的PEDOT:PSS | 412 |
实施例3制得的PEDOT:PSS | 201 |
实施例4制得的PEDOT:PSS | 89 |
由上表可知,本发明大大地减小了所得PEDOT-PSS水溶液的粒径;与现有的PEDOT-PSS水溶液的粒径相比,可平均减小100-500nm。本发明效果最优越的优选方案为实施例4,该方案与其它方案相比,粒径可减小至89nm,比次好的方案还减小了近112nm,具有预料不到的优越效果。由于,本发明制得的料径更小,因此本发明制得的PEDOT-PSS水溶液成膜后的透光度更大,对其他材料的包覆性能也更好,能更好的应用于各种高端材料领域。
Claims (2)
1.一种制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法,其特征在于:该制备方法包括以下步骤;
a、向3000-4000ml去离子水溶液中,加入35-48g聚苯乙烯磺酸钠进行溶解,边溶解边以150-300r/min搅拌,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,完全溶解后,得A品;
b、向A品中加入含2-5克硫酸的溶液20-40ml,再加入20-300g异丙醇,然后加入8-18g 3,4-乙撑二氧噻吩,以150-300r/min的转速搅拌30-60min,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,得B品;
c、将0.001-0.005g的Fe2(SO4)3溶液和20-40g(NH4)2S2O8溶液混合,将该混合溶液置于恒压分液漏斗中,以每1-5秒一滴的速度向B品中滴加,同时以300-700r/min的转速搅拌,搅拌时间为30-60小时,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,待滴加和反应完成后,得到成品。
2.根据权利要求1所述的制备小粒径PEDOT:PSS溶液的方法,其特征在于:该制备方法包括以下步骤;
a、向3200ml去离子水溶液中,加入41.48g聚苯乙烯磺酸钠进行溶解,边溶解边以200r/min搅拌,且搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,完全溶解后,得A品;
b、向A品中加入含3.72克硫酸的溶液30ml,再加入200g异丙醇和10.15g 3,4-乙撑二氧噻吩,以200r/min的转速搅拌40-50min,搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,得B品;
c、将0.0013g的Fe2(SO4)3溶液和27.45g(NH4)2S2O8溶液混合,将该混合溶液至于恒压分液漏斗中,以每2秒一滴的速度向B品中滴加,同时以600r/min的转速搅拌,搅拌时间为48小时,且搅拌用的桨叶采用三叶后掠式桨,待滴加和反应完成,得到成品。
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