基于低温原位聚合和冷冻解冻法的PEDOT:PSS纤维制备方法

本发明涉及一种pedot:pss纤维制备方法，特别是涉及一种基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，属于人造纤维。

背景技术：

1、pedot:pss（聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐）基有机热电材料制备的热电纺织品具有良好的机械稳定性、柔韧性、无毒性以及成本低等优点，广泛应用于智能可穿戴领域。制备pedot:pss纤维或纱线的主要方法是采用湿法纺工艺将导电聚合物纺制成纤维，并通过研究纺丝液成分、纺丝工艺、后处理工艺等改善纤维的热电性能和力学性能。

2、公开号为cn 116427055a的中国专利在纺丝液中添加离子液体来促进pedot:pss相分离，提高了纤维结构的有序性，从而改善了热电纤维的强度。公开号为cn 111793853b和cn1118768745b的中国专利在凝固浴中添加金属盐提高了纤维的拉伸伸长率和电导率。目前湿法纺pedot:pss纤维大部分购买现成的pedot:pss分散液，一方面其成本较高，另一方面，现有的pedot:pss分散液是将edot单体和pss溶液添加氧化剂进行常温聚合制备，pedot:pss分散液本身性能不佳，导致热电纤维的热电性能和力学性能难以提高。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，目的是提高pedot:pss纤维的热电性能和力学性能。

2、本发明技术方案为：一种基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，包括以下步骤：

3、（1）、由edot单体和pss盐酸溶液充分混合并添加氧化剂搅拌混合后在-30～-12℃下聚合反应，然后室温解冻并进行真空抽滤、烘干得到pedot:pss颗粒；

4、（2）、将所述pedot:pss颗粒超声分散到去离子水中获得pedot:pss分散液，并在~24～-18℃下冷冻后在室温下完全解冻，经过至少一次冷冻-解冻操作后，再进行真空抽滤、烘干得到优化的pedot:pss颗粒；

5、（3）、将所述优化的pedot:pss颗粒加入到去离子水中充分搅拌、超声，然后消泡处理得到pedot:pss纺丝液；

6、（4）、将pedot:pss纺丝液注射挤出后进入含有dmso的异丙醇凝固浴中，待纤维凝固后，将纤维在浓硫酸中进行牵伸，并采用去离子水和乙醇反复洗涤数次后得到pedot:pss纤维。

7、进一步地， 所述步骤（1）聚合反应的温度为-24～-14℃，所述步骤（2）中冷冻-解冻操作次数为2次。

8、进一步地，所述步骤（1）中聚合反应时间为24～96h，所述步骤s2中pedot:pss分散液的一次冷冻的时间为24～96h。

9、进一步地，所述步骤（1）中聚合反应时间为48～72h。

10、进一步地，所述步骤（1）中由edot单体和pss盐酸溶液充分混合是将edot单体、pss加入到盐酸溶液中，并调节ph值为2～4后超声混合。

11、进一步地，所述步骤（1）中氧化剂为氧化铁和\或过硫酸铵，所述氧化剂的量按edot单体和pss盐酸混合溶液计浓度为0.1～0.3mol/l。

12、进一步地，所述pedot:pss纺丝液中pedot:pss质量百分数为1.8%～3%。

13、进一步地，所述含有dmso的异丙醇凝固浴中dmso的质量分数为5%～15%，凝固浴浸泡时间为10～40min。

14、进一步地，所述步骤（4）中纤维挤出速度为0.25～1 ml/h，喷丝孔的内径为0.15～0.4 mm，浓硫酸浓度为50%～98%，牵伸倍数为1～3倍。

15、与现有技术相比，本发明所提供的技术方案的优点在于：

16、采用低温原位聚合和冷冻解冻循环法制备pedot:pss颗粒，低温原位聚合反应能够有效增加pedot分子量；冷冻状态下，pedot聚合物链大分子逐渐伸直排列，分子链处于有序状态，降低了链内和链间π~π共轭缺陷，从而在导电聚合物内部形成了更加通畅的电荷传输路径，另外冷冻解冻操作能够有效消除纤维内部不均匀的内应力，减少了纤维内部的结构缺陷，从而提高了拉伸断裂强力。

17、本发明不仅能够低成本地实现快速连续生产pedot:pss纤维，且所制备的纤维热电性能和力学性能优异

技术特征：

1.一种基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（1）聚合反应的温度为-24～-14℃，所述步骤（2）中冷冻-解冻操作次数为2次。

3.根据权利要求1或2所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中聚合反应时间为24～96h，所述步骤s2中pedot:pss分散液的一次冷冻的时间为24～96h。

4.根据权利要求3所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中聚合反应时间为48～72h。

5.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中由edot单体和pss盐酸溶液充分混合是将edot单体、pss加入到盐酸溶液中，并调节ph值为2～4后超声混合。

6.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中氧化剂为氧化铁和或过硫酸铵，所述氧化剂的量按edot单体和pss盐酸混合溶液计浓度为0.1～0.3mol/l。

7.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述pedot:pss纺丝液中pedot:pss质量百分数为1.8%～3%。

8.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述含有dmso的异丙醇凝固浴中dmso的质量分数为5%～15%，凝固浴浸泡时间为10～40min。

9.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中纤维挤出速度为0.25～1 ml/h，喷丝孔的内径为0.15～0.4mm。

10.根据权利要求1所述的基于低温原位聚合和冷冻解冻法的pedot:pss纤维制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中浓硫酸浓度为50%～98%，牵伸倍数为1～3倍。

技术总结本发明公开了一种基于低温原位聚合和冷冻解冻法的PEDOT:PSS纤维制备方法，包括步骤：由EDOT单体和PSS盐酸溶液充分混合并添加氧化剂搅拌混合后在‑30～‑12℃下聚合反应，然后室温解冻并进行真空抽滤、烘干得到PEDOT:PSS颗粒；将PEDOT:PSS颗粒超声分散到去离子水中获得PEDOT:PSS分散液，并在~24～‑18℃下冷冻后在室温下完全解冻，经过至少一次冷冻‑解冻操作后，再进行真空抽滤、烘干得到优化的PEDOT:PSS颗粒；将优化的PEDOT:PSS颗粒加入到去离子水中充分搅拌、超声，然后消泡处理得到PEDOT:PSS纺丝液；将PEDOT:PSS纺丝液注射挤出后进入含有DMSO的异丙醇凝固浴中，待纤维凝固后，将纤维在浓硫酸中进行牵伸，并采用去离子水和乙醇反复洗涤数次后得到PEDOT:PSS纤维。本发明提高了PEDOT:PSS纤维的热电性能和力学性能。技术研发人员：肖琪,谭丕军,张文沁,许明杰,谢恩浩,王卫福,邵煜文受保护的技术使用者：常熟理工学院技术研发日：技术公布日：2024/4/24