一种离子导电聚合物膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及离子导电聚合物膜制备的技术领域，特别涉及一种离子导电聚合物膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]制备聚合物膜的一般方法包括溶液浇铸法、熔融挤压法。
[0003]溶液浇铸法制膜所需设备简单，容易操作，但需要对各因素进行严格的控制。例如，为得到厚度均匀的薄膜，需要对相分离的区域进行控制，否则最终得到的不是薄膜而是粉末或泡沫。此外，温度、模具材质和表面状态会通过影响液/固、气/液界面张力影响聚合物溶液在基片上的铺展，聚合物溶液的浓度、高聚物的分子量、溶剂、体系温度也会影响聚合物溶液在基片上的流动性。
[0004]若没有合适的溶剂作为有机高分子铸膜液，则要采用熔融挤压法来成膜。熔融挤压成膜法适合于连续化生产，成膜过程中不使用溶剂，但是设备、操作均较复杂。
[0005]近年来，通过电场作用使带电胶体粒子发生定向移动并在电极表面放电形成沉积层的电泳沉积方法受到越来越多的关注。离子导电聚合物在极性溶剂会发生解离并荷电，在电场作用下，荷电的离子导电聚合物会向荷电相反的电极表面移动、富集，完成溶胶-凝胶转变过程，经干燥形成膜。
[0006]与溶液浇铸法、熔融挤压法制备膜相比，电泳沉积法所需设备及操作过程都较简单。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种离子导电聚合物膜的制备方法，克服现有技术中制备聚合物膜工艺复杂、成本高的问题。
[0008]本发明的技术方案是:一种离子导电聚合物膜的制备方法，包括如下步骤:
[0009](I)电极的预处理:用抛光机对电极表面进行处理，使电极表面光滑、平整；将处理过的电极依次放入无水乙醇、去离子水中超声清洗；
[0010](2)离子聚合物溶液的制备:将离子聚合物溶解在极性有机溶剂中，再加入去离子水，配成离子聚合物溶液；将溶液磁力搅拌，并过滤除去残渣，最后再超声；加入酸或碱调节离子聚合物溶液的PH ;
[0011](3)离子聚合物在电极表面的沉积:通过导线将两片⑴中处理的电极连在稳压稳流电源上；取(2)中配制的离子聚合物溶液加到电解槽中，将上述两个电极插入电解槽中；接通电源，通过控制稳压稳流电源的电压及沉积时间调节离子聚合物的沉积速度；取出电极并干燥，得到表面被离子聚合物沉积的电极；
[0012](4)离子导电聚合物膜的后处理:将电极放入去离子水中浸泡，然后将离子导电聚合物膜从电极表面剥离，并放入稀H2SO4*浸泡，最后放入去离子水中浸泡待用。
[0013]步骤(I)中所述的电极为金属电极、石墨电极或导电玻璃。
[0014]步骤⑵所述的极性有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或几种。
[0015]步骤(2)中所述的酸为盐酸、甲酸、乙酸、乳酸、硫酸、硝酸中的一种。
[0016]步骤⑵中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、乙醇胺、氨水、三乙醇胺中的一种。
[0017]步骤⑵中所述的溶液中离子聚合物的质量百分比为1.5%?5%。
[0018]步骤⑵中所述调节聚合物溶液的pH为1.2?9.0。
[0019]步骤(3)中所述的电极电压为10?25V，电泳沉积时间为20?75min。
[0020]本发明的有益效果为:
[0021](I)成本低，耗时短，装置简单；
[0022](2)减少有机溶剂使用量，有利于保护环境；
[0023](3)通过调节电泳沉积的时间、电压和离子聚合物的浓度，可以简单有效的控制膜的厚度和表面形貌，调节膜的垂直向离子导电能力。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进一步详细的说明。
[0025]本发明中所采用的离子聚合物为磺化度为65%的磺化聚醚醚酮及磺化度为70%的磺化酚酞型聚醚砜。
[0026]实施例1
[0027]电泳沉积法制备离子导电聚合物膜步骤如下:
[0028](I)用抛光机将长6cm，宽4cm，厚0.5mm的不锈钢片抛光，直至表面光滑如镜面；将不锈钢片依次放入无水乙醇、去离子水超声清洗15min ;
[0029](2)将2g磺化聚醚醚酮溶解于70g 二甲基亚砜中，再加入Sg的去离子水，配成磺化聚醚醚酮质量百分比为2.5%的溶液；磁力搅拌溶液24h，过滤除去未溶解残渣，将过滤的磺化聚醚醚酮溶液超声15min，得到的磺化聚醚醚酮溶液pH = 2.4。
[0030](3)通过导线将两片不锈钢电极连在稳压稳流电源上；取50g磺化聚醚醚酮溶液加到长6.8cm、宽2.5cm、高5cm电解槽中，将不锈钢电极插入电解槽中；接通电源，控制稳压稳流电源的电压，在15V电压下电泳沉积75min ;取出电极在100°C下烘干，得到表面被离子聚合物沉积的电极。
[0031](4)磺化聚醚醚酮膜的后处理:将不锈钢片放入去离子水中浸泡30min，然后将磺化聚醚醚酮膜从电极表面剥离，并放入lmol/L的H2SO4浸泡48h，再放入去离子水浸泡待用。
[0032]对比例为溶液浇铸法制备的磺化聚醚醚酮膜，步骤如下:将0.45g的磺化聚醚醚酮溶解于15.75g 二甲基亚砜，再加入1.SOg水；将溶液磁力搅拌24h，并过滤除去残渣，最后再超声15min ;将溶液倒在玻璃板上在100°C下烘干；将磺化聚醚醚酮膜从玻璃表面剥离，并放入lmol/L的H2SO4浸泡48h，再放入去离子水中浸泡待用。
[0033]电泳沉积法制备的磺化聚醚醚酮膜厚度为107um ;在70°C、RH = 100%条件下，膜的垂直向质子导电率为0.143189S.cnT1;溶液浇铸法制备的磺化聚醚醚酮膜厚度为108um ；在70°C、RH = 100%条件下，膜的垂直向质子导电率为0.101473S.cm—1。与溶液浇铸法相比，电泳沉积法制备的膜的导电率提高了 41.1%。
[0034]实施例2
[0035]电泳沉积法制备离子导电聚合物膜的步骤如下:
[0036](I)用抛光机将长6cm，宽4cm，厚0.5mm的不锈钢片抛光，直至表面光滑如镜面；将不锈钢片依次放入无水乙醇、去离子水超声清洗15min ;
[0037](2)将2g磺化聚醚醚酮溶解于70g 二甲基乙酰胺中，再加入Sg的去离子水，配成磺化聚醚醚酮质量百分比为2.5%的溶液；磁力搅拌溶液24h，过滤除去未溶解残渣，将过滤的磺化聚醚醚酮溶液超声15min，得到的磺化聚醚醚酮溶液pH = 2.9。
[0038](3)通过导线将两片不锈钢电极连在稳压稳流电源上；取50g磺化聚醚醚酮溶液加到长6.8cm、宽2.5cm、高5cm电解槽中，将不锈钢电极插入电解槽中；接通电源，控制稳压稳流电源的电压，在25V电压下电泳沉积25min ;取出电极在100°C下烘干，得到表面被离子聚合物沉积的电极。
[0039](4)磺化聚醚醚酮膜的后处理:将不锈钢片放入去离子水中浸泡30min，然后将磺化聚醚醚酮膜从电极表面剥离，并放入lmol/L的H2SO4浸泡48h，再放入去离子水中浸泡待用。
[0040]对比例为溶液浇铸法制备的磺化聚醚醚酮膜，步骤如下:将0.45g的磺化聚醚醚酮溶解于15.75g 二甲基乙酰胺，再加入1.SOg水；将溶液磁力搅拌24h，并过滤除去残渣，最后再超声15min ;将溶液倒在玻璃板上在100°C下烘干；将磺化聚醚醚酮膜从玻璃表面剥离，并放入lmol/L的H2SO4浸泡48h，再放入去离子水中浸泡待用。
[0041]电泳沉积法制备的磺化聚醚醚酮膜厚度为107um ;在70°C、RH = 100%条件下，膜的垂直向质子导电率为0.123724S.cnT1;溶液浇铸法制备的磺化聚醚醚酮膜厚度为108um ；在70°C、RH = 100%条件下，膜的垂直向质子导电率为0.101473S.cm—1。与溶液浇铸法相比，电泳沉积法制备的膜的导电率提高了 21.9%。
[0042]实施例3
[0043]电泳沉积法制备离子导电聚合物膜步骤如下:
[0044](I)用抛光机将长6cm，宽4cm，厚0.5mm的不锈钢片抛光，直至表面光滑如镜面；将不锈钢片依次放入无水乙醇、去离子水超声清洗15min ;
[0045](2)将2g磺化聚醚醚酮溶解于70g N-甲基吡咯烷酮中，再加入Sg的去离子水，配成磺化聚醚醚酮质量百分比为2.5%的溶液；磁力搅拌溶液24h，过滤除去未溶解残渣