(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl6: C08L 33/26 C08F 220/56 H01B 1/12 (54) Polimerowy kompozyt przewodzący (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 20/95 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/97 (72) Twórcy wynalazku: Jan Przyłuski, Warszawa, PL Zbigniew Połtarzewski, Warszawa, PL Sławomir Styś, Warszawa, PL Władysław Wieczorek, Piotrków Trybunalski, PL (74) Pełnomocnik: Padée Grażyna, Politechnika Warszawska PL B1 (57) 1. Polimerowy kompozyt przewodzący, w którego skład wchodzi polimer organiczny zawierający heteroatomy, środek żelujący i kwas nieorganiczny, znamienny tym, że składa się z kopolimeru akryloamidu i N,N -metyleno-bis-akryloamidu, przynajmniej jednego ze środków żelujących, którymi są agar-agar, dekstran lub 1,3:2,4-di(p-metoksykarbonylo-benzylideno)sorbitol oraz z kwasu ortofosforowego, przy czym stosunek wagowy akryloamidu do N,N -metyleno-bis-akryloamidu wynosi od 1000:1 do 10:1, stosunek wagowy akryloamidu do środka żelującego wynosi od 15:1 do 2:1, a stosunek wagowy kwasu ortofosforowego do akryloamidu wynosi od 50:1 do 1:5.

2 Polimerowy kompozyt przewodzący Zastrzeżenia patentowe 1. Polimerowy kompozyt przewodzący, w którego skład wchodzi polimer organiczny zawierający heteroatomy, środek żelujący i kwas nieorganiczny, znamienny tym, że składa się z kopolimeru akryloamidu i N,N -metyleno-bis-akryloamidu, przynajmniej jednego ze środków żelujących, którymi są agar-agar, dekstran lub 1,3:2,4-di(p-metoksykarbonylo-benzylideno)sorbitol oraz z kwasu ortofosforowego, przy czym stosunek wagowy akryloamidu do N,N -metyleno-bis-akryloamidu wynosi od 1000:1 do 10:1, stosunek wagowy akryloamidu do środka żelującego wynosi od 15:1 do 2:1, a stosunek wagowy kwasu ortofosforowego do akryloamidu wynosi od 50:1 do 1:5. 2. Polimerowy kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym. że zawiera nieprzewodzące włókna w ilości co najwyżej 1 części wagowej na 5 części wagowych akryloamidu. * * * Przedmiotem wynalazku jest polimerowy kompozyt przewodzący, posiadający wysokie przewodnictwo jonowe w temperaturze pokojowej. Znane są stałe polimerowe kompozyty przewodzące, w których polimerowa matryca, np. poli(tlenek etylenu) domieszkowana jest jonowo przewodzącymi związkami nieorganicznymi. Takie układy mają zwykle niską przewodność jonową, wynoszącą S/cm w temperaturze pokojowej. Konsekwencją niskiej przewodności jest ograniczona możliwość zastosowania ich w praktyce. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest kompozyt przewodzący oparty na układzie poli(tlenek etylenu) - polimetakrylan metylu) z dodatkiem jodku sodowego, otrzymany przez inicjowaną termicznie polimeryzację metakrylanu metylu w środowisku poii(tlenku etylenu) w obecności chlorobenzenu lub m-dichlorobenzenu. Takie kompozyty wykazują przewodnictwo S/cm w temperaturze pokojowej. W polskim zgłoszeniu patentowym nr P (pat ) opisany jest polimerowy układ przewodzący zawierający poli(tlenek etylenu) - polimetakrylan metylu) domieszkowany kwasem fosforowym. Przewodnictwo tych blend wynosi około 10-3 S/cm w temperaturze pokojowej, niemniej jednak wykazują one bardzo słabe właściwości mechaniczne. M.F. Daniel et:al. (Solid State Jonics 28-30, 1988, 637) otrzymał układy typu Poli(etyloimina) - kwas nieorganiczny wykazujące przewodnictwo rzędu S/cm w temperaturze otoczenia, nie podając jednak żadnych danych dotyczących właściwości mechanicznych. Wszystkie wymienione wyżej układy charakteryzują się niskimi wartościami przewodnictwa lub słabymi właściwościami mechanicznymi. Tej wady nie posiada kompozyt według wynalazku. Polimerowy kompozyt przewodzący według wynalazku składa się z kopolimeru akryloamidu i N,N -metyleno-bis-akryloamidu, przynajmniej jednego ze środków żelujących, którymi są agar-agar, dekstran lub 1,3:2,4-di(p-metoksykarbonylo-benzylideno)sorbitol oraz z kwasu ortofosforowego. Stosunek wagowy akryloamidu do N,N -metyleno-bis-akryloamidu wynosi od 1000:1 do 10:1, stosunek wagowy akryloamidu do środka żelującego wynosi od 15:1 do 2:1, a stosunek wagowy kwasu ortofosforowego do akryloamidu wynosi od 50:1 do 1:5. Kompozyt według wynalazku może również zawierać nieprzewodzące włókna jako środek poprawiający własności mechaniczne. Na 5 części wagowych akryloamidu stosuje się co najwyżej 1 część wagową włókna. Kompozyt według wynalazku otrzymuje się przez mieszanie monomeru organicznego, środka sieciującego, środka żelującego i substancji nieorganicznej w rozpuszczalniku, którym jest woda i wylanie otrzymanej mieszaniny na płaską powierzchnię. Jako katalizator stosuje się

3 roztwór wody utlenionej. Po wysuszeniu w temperaturze pokojowej otrzymuje się polimerowy kompozyt przewodzący w postaci membrany. K o m p o z y t y w e d ł u g w y n a l a z k u p o s i a d a j ą p r z e w o d n i c t w o r z ę d u S / c m w t e m p e - raturze 25 C oraz wykazują dużą wytrzymałość mechaniczną na zerwanie. Są jednorodne, przezroczyste, charakteryzują się organiczną porowatością i wytrzymałością termiczną do temperatury co najmniej 100 C. Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania. Przykład I. w 20 g wody destylowanej, a następnie dodano 0,0556 g 30% H2O2 i 2,919 g 85% H3PO4. - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 1, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 8, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 222,4% wagowego w Przykład EL - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 7, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 8, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 1, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 3, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 141,6% wagowego w Przykład III. w 20 g wody destylowanej, a następnie dodano 0,0556 g 30% H2O2 i 3,892 g 85% H3PO4. - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 4, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 5, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 3, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 243,3% wagowego w P r z y k ł a d IV. w 20 g wody destylowanej, a następnie dodano 0,0556 g 30% H2O2 i 4,429 g 85% H3PO4.

4 przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 3, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 3, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 1, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 81,0% wagowego w Przykład V. w 20 g wody destylowanej, a następnie dodano 0,0556 g 30% H2O2 i 4,866 g 85% H3PO4. - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 2, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 3, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 4, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 1, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 59,3% wagowego w Przykład VI. w 20 g wody destylowanej, w której uprzednio rozpuszczono przez 2-godzinne mieszanie 0,155 g włókniny szklanej Whatman GF/A, a następnie dodano 0,0556g 30% H2O2 i 3,406 g 85% H3PO4. - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 3, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 3, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 6, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 250,8% wagowego w Przykład VII. w 20 g wody destylowanej, w której uprzednio rozpuszczono przez 2 godzinne mieszanie 0,309 g włókniny szklanej Whatman GF/A, a następnie dodano 0,0556 g 30% H2O2 i 3,406 g 85% H3PO4. - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 3, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 8, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 1, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 10, Pa

5 absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 116,6% wagowego w P r z y k ł a d V III. 1,5 g akryloamidu (AAM), 0,03 g N,N -melyleno-bis-akryloamidu, 0,2 g agaru rozpuszczono atmosferze gazu obojętnego. Mieszanina po ochłodzeniu powoli żeluje Nadmiar wody usuwany - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 3, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 5, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 7, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 1, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 61,4% wagowego w Przykład IX. 1,5 g akryloamidu (AAM), 0,03 g N,N -metyleno-bis-akryloamidu, 0,1 g agaru rozpuszczono - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 4, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 7, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 1, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 0, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 100,9% wagowego w Przykład X. 1,5 g akryloamidu (AAM), 0,06 g N,N -metyleno-bis-akryloamidu, 0,3 g agaru rozpuszczono - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 3, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 6, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 7, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 1, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 40,9% wagowego w P r z y k ł a d XI. 1,5 g akryloamidu (AAM), 0,09 g N,N -metyleno-bis-akryloamidu, 0,3 g agaru rozpuszczono Otrzymany kompozyt w postaci cienkiej folii ma następujące własności: - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 3, S cm-1

6 przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 8, S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 1, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 34,7% wagowego w Przykład XII. 1,5 g akryloamidu (AAM), 0,06 g N,N -metyleno-bis-akryloamidu, 0,1 g dekstranu rozpuszczono w 20 g wody destylowanej, a następnie dodano 0,0556 g 30% H2O2 i 3,406 g 85% H3PO4. - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 25 C wynosi 8, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 50 C wynosi 1, S cm-1 - przewodnictwo protonowe mierzone w temperaturze 75 C wynosi 2,0 10-3S cm-1 - wytrzymałość mechaniczna na zrywanie wynosi 2, Pa - absorpcja wody w temperaturze 25 C po 24 godzinach wynosi 26,4% wagowego w Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł